将杨辉三角中的奇数换成 $1$,偶数换成 $0$,得到如下图所示的 $0-1$ 三角数表.从上往下数,第 $1$ 次全行的数都为 $1$ 的是第 $1$ 行,第 $2$ 次全行的数都为 $1$ 的是第 $3$ 行,$\cdots$,第 $m$ 次全行的数都为 $1$ 的是第 行;第 $61$ 行中 $1$ 的个数是 .$$\begin{array}{cccccccccccc}
第 1 行\quad&&&&& 1 && 1 &&&&\\
第 2 行\quad &&&& 1 && 0 && 1 \\
第 3 行\quad &&& 1 && 1 && 1 && 1 \\
第 4 行\quad && 1 && 0 && 0 && 0 && 1 \\
第 5行\quad & 1 && 1 && 0 && 0 && 1 && 1 \\
\vdots
\end{array}$$
【难度】
【出处】
【标注】
  • 知识点
    >
    计数与概率
    >
    排列数与组合数
  • 方法
    >
    论述方式
    >
    数学归纳法
    >
    第一数学归纳法
  • 方法
    >
    思考方式
    >
    归纳
【答案】
$2^m-1$;$32$
【解析】
下面我们来证明第 $m$ 次全行的数都为 $1$ 的是第 $2^m-1$ 行.
首先,当 $r\in\{1,2,\cdots,n\}$ 时,\[
\mathrm{C}_{n}^{r}=\mathrm{C}_{n}^{r-1}\cdot\dfrac{n-r+1}{r}.\]接下来我们证明当 $n=2^m-1 \left(m\in\mathbb{N}^{*}\right)$ 时,第 $n$ 行的所有数\[
\mathrm{C}_{n}^{r} \left(r=0,1,\cdots,n\right)\]全是奇数.对 $r$ 用数学归纳法.
归纳基础 $\mathrm{C}_{n}^{0}$ 为奇数.
递推证明假设当 $1\leqslant r\leqslant n$ 时,$\mathrm{C}_{n}^{r-1}$ 为奇数,令 $r=2^p\cdot k$,其中 $k$ 为奇数,
整数 $p$ 满足 $0 \leqslant p\leqslant m-1$.由于\[
\dfrac{n-r+1}{r}=\dfrac{2^m-2^p\cdot k}{2^p\cdot k}=\dfrac{2^{m-p}-k}{k},\]这个数的分子与分母都是奇数,故\[
\mathrm{C}_{n}^{r}=\mathrm{C}_{n}^{r-1}\cdot\dfrac{n-r+1}{r}.\]也是奇数.
综上所述,当 $n=2^m-1 \left(m\in\mathbb{N}^{*}\right)$ 时,第 $n$ 行的所有数\[\mathrm{C}_{n}^{r} \left(r=0,1,\cdots,n\right)\]全是奇数.
最后我们证明,若 $n\ne 2^m-1 \left(m\in\mathbb{N}^{*}\right)$,则第 $n$ 行的数中必然会出现偶数.
此时可设 $n+1=2^t\cdot k$,$k$ 为大于等于 $3$ 的奇数,$t$ 为非负整数.取 $r=2^t$,考虑到\[
\mathrm{C}_{n}^{r}=\mathrm{C}_{n}^{r-1}\cdot\dfrac{n-r+1}{r}=(k-1)\mathrm{C}_{n}^{r-1},\]且 $k-1$ 为大于等于 $2$ 的偶数,故此时 $\mathrm{C}_{n}^{r}$ 即为偶数.
证毕.
题目 答案 解析 备注
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