2021高三數(shù)學(xué)教師用書:第2章 第2講函數(shù)的單調(diào)性與最值含解析_第1頁
2021高三數(shù)學(xué)教師用書:第2章 第2講函數(shù)的單調(diào)性與最值含解析_第2頁
2021高三數(shù)學(xué)教師用書:第2章 第2講函數(shù)的單調(diào)性與最值含解析_第3頁
2021高三數(shù)學(xué)教師用書:第2章 第2講函數(shù)的單調(diào)性與最值含解析_第4頁
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學(xué)必求其心得,業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得,業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得,業(yè)必貴于專精2021高三人教B版數(shù)學(xué)一輪(經(jīng)典版)教師用書:第2章第2講函數(shù)的單調(diào)性與最值含解析第2講函數(shù)的單調(diào)性與最值基礎(chǔ)知識(shí)整合1.函數(shù)的單調(diào)性(1)單調(diào)函數(shù)的定義增函數(shù)減函數(shù)定義一般地,設(shè)函數(shù)f(x)的定義域?yàn)镮,如果對(duì)于定義域I內(nèi)某個(gè)區(qū)間D上的任意兩個(gè)變自量的值x1,x2當(dāng)x1<x2時(shí),都有f(x1)〈f(x2),那么就說函數(shù)f(x)在區(qū)間D上是eq\o(□,\s\up1(01))增函數(shù)當(dāng)x1〈x2時(shí),都有f(x1)>f(x2),那么就說函數(shù)f(x)在區(qū)間D上是eq\o(□,\s\up1(02))減函數(shù)圖象描述自左向右看圖象是eq\o(□,\s\up1(03))上升的自左向右看圖象是eq\o(□,\s\up1(04))下降的(2)單調(diào)性與單調(diào)區(qū)間如果函數(shù)y=f(x)在區(qū)間D上是增函數(shù)或減函數(shù),那么就說函數(shù)y=f(x)在這一區(qū)間具有(嚴(yán)格的)eq\o(□,\s\up1(05))單調(diào)性,區(qū)間D叫做y=f(x)的eq\o(□,\s\up1(06))單調(diào)區(qū)間.2.函數(shù)的最值前提設(shè)函數(shù)y=f(x)的定義域?yàn)镮,如果存在實(shí)數(shù)M滿足條件(1)對(duì)于任意x∈I,都有f(x)≤M;(2)存在x0∈I,使得f(x0)=M(1)對(duì)于任意x∈I,都有f(x)≥M;(2)存在x0∈I,使得f(x0)=M結(jié)論M為函數(shù)y=f(x)的eq\o(□,\s\up1(07))最大值M為函數(shù)y=f(x)的eq\o(□,\s\up1(08))最小值1.對(duì)勾函數(shù)y=x+eq\f(a,x)(a>0)的增區(qū)間為(-∞,-eq\r(a)]和[eq\r(a),+∞);減區(qū)間為[-eq\r(a),0)和(0,eq\r(a)],且對(duì)勾函數(shù)為奇函數(shù).2.設(shè)?x1,x2∈D(x1≠x2),則①x1-x2〉0(〈0),f(x1)-f(x2)>0(〈0)?f(x)在D上單調(diào)遞增;x1-x2〉0(<0),f(x1)-f(x2)<0(〉0)?f(x)在D上單調(diào)遞減;②eq\f(fx1-fx2,x1-x2)〉0(或(x1-x2)[f(x1)-f(x2)]>0)?f(x)在D上單調(diào)遞增;③eq\f(fx1-fx2,x1-x2)<0(或(x1-x2)[f(x1)-f(x2)]<0)?f(x)在D上單調(diào)遞減.1.下列函數(shù)中,在區(qū)間(-∞,0)上是減函數(shù)的是()A.y=1-x2 B.y=x2+xC.y=-eq\r(-x) D.y=eq\f(x,x-1)答案D解析選項(xiàng)D中,y=eq\f(x,x-1)=1+eq\f(1,x-1).易知其在(-∞,1)上為減函數(shù).故選D.2.(2019·信陽模擬)函數(shù)y=-2x2-4ax+3在區(qū)間[-4,-2]上是單調(diào)函數(shù),則a的取值范圍是()A.(-∞,1] B.[4,+∞)C.(-∞,2]∪[4,+∞) D.(-∞,1]∪[2,+∞)答案C解析函數(shù)y=-2x2-4ax+3的圖象的對(duì)稱軸為x=-a,由題意可得-a≤-4或-a≥-2,解得a≤2或a≥4,故選C.3.函數(shù)f(x)=-x+eq\f(1,x)在區(qū)間eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-2,-\f(1,3)))上的最大值是()A.eq\f(3,2) B.-eq\f(8,3)C.-2 D.2答案A解析顯然f(x)=-x+eq\f(1,x)在eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-2,-\f(1,3)))上是減函數(shù),所以f(x)max=f(-2)=2-eq\f(1,2)=eq\f(3,2)。4.設(shè)定義在[-1,7]上的函數(shù)y=f(x)的圖象如圖所示,則函數(shù)y=f(x)的單調(diào)遞增區(qū)間為________.答案[-1,1]和[5,7]解析結(jié)合圖象易知函數(shù)y=f(x)的單調(diào)遞增區(qū)間為[-1,1]和[5,7].5.函數(shù)y=eq\f(1-x2,1+x2)的值域是________.答案(-1,1]解析(分離常數(shù)法)因?yàn)閥=eq\f(1-x2,1+x2)=-1+eq\f(2,1+x2),又因?yàn)?+x2≥1,所以0<eq\f(2,1+x2)≤2,所以-1<-1+eq\f(2,x2+1)≤1,所以函數(shù)的值域?yàn)椋ǎ?,1].6.(2019·浙江金華模擬)已知函數(shù)f(x)=eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x+\f(2,x)-3,x≥1,,lgx2+1,x〈1,))則f[f(-3)]=________,f(x)的最小值是________.答案02eq\r(2)-3解析因?yàn)閒(-3)=lg[(-3)2+1]=lg10=1,所以f[f(-3)]=f(1)=1+2-3=0.當(dāng)x≥1時(shí),x+eq\f(2,x)-3≥2eq\r(x·\f(2,x))-3=2eq\r(2)-3,當(dāng)且僅當(dāng)x=eq\f(2,x),即x=eq\r(2)時(shí)等號(hào)成立,此時(shí)f(x)min=2eq\r(2)-3<0;當(dāng)x〈1時(shí),lg(x2+1)≥lg(02+1)=0,此時(shí)f(x)min=0。所以f(x)的最小值為2eq\r(2)-3.核心考向突破考向一確定函數(shù)的單調(diào)區(qū)間例1求下列函數(shù)的單調(diào)區(qū)間:(1)y=-x2+2|x|+1;(2)y=logeq\s\do8(\f(1,2))(x2-3x+2).解(1)由于y=eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(-x2+2x+1,x≥0,,-x2-2x+1,x〈0,))即y=eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(-x-12+2,x≥0,,-x+12+2,x<0。))畫出函數(shù)圖象如圖所示.由圖象可知,函數(shù)的單調(diào)遞增區(qū)間為(-∞,-1]和[0,1],單調(diào)遞減區(qū)間為[-1,0]和[1,+∞).(2)令u=x2-3x+2,則原函數(shù)可以看作y=logeq\s\do8(\f(1,2))u與u=x2-3x+2的復(fù)合函數(shù).令u=x2-3x+2〉0,則x<1或x>2.∴函數(shù)y=logeq\s\do8(\f(1,2))(x2-3x+2)的定義域?yàn)椋ǎ蓿?)∪(2,+∞).又u=x2-3x+2的對(duì)稱軸x=eq\f(3,2),且開口向上,∴u=x2-3x+2在(-∞,1)上是單調(diào)減函數(shù),在(2,+∞)上是單調(diào)增函數(shù).而y=logeq\s\do8(\f(1,2))u在(0,+∞)上是單調(diào)減函數(shù),∴y=logeq\s\do8(\f(1,2))(x2-3x+2)的單調(diào)遞減區(qū)間為(2,+∞),單調(diào)遞增區(qū)間為(-∞,1).確定函數(shù)單調(diào)性的方法INCLUDEPICF"(1)定義法和導(dǎo)數(shù)法,證明函數(shù)單調(diào)性只能用定義法或?qū)?shù)法.INCLUDEPICTF”(2)復(fù)合函數(shù)法,復(fù)合函數(shù)單調(diào)性的規(guī)律是“同增異減”.INCLUDEPICTF”(3)圖象法,圖象不連續(xù)的單調(diào)區(qū)間一般不能用“∪”連接.[即時(shí)訓(xùn)練]1。求出下列函數(shù)的單調(diào)區(qū)間:(1)f(x)=|x2-4x+3|;(2)f(x)=eq\f(1,\r(3-2x-x2)).解(1)先作出函數(shù)y=x2-4x+3的圖象,由于絕對(duì)值的作用,把x軸下方的部分翻折到上方,可得函數(shù)y=|x2-4x+3|的圖象.如圖所示.由圖可知f(x)在(-∞,1]和[2,3]上為減函數(shù),在[1,2]和[3,+∞)上為增函數(shù),故f(x)的增區(qū)間為[1,2],[3,+∞),減區(qū)間為(-∞,1],[2,3].(2)∵3-2x-x2>0,∴-3<x<1。由二次函數(shù)圖象(圖略)可知f(x)的遞減區(qū)間是(-3,-1],遞增區(qū)間為[-1,1).精準(zhǔn)設(shè)計(jì)考向,多角度探究突破考向二函數(shù)單調(diào)性的應(yīng)用角度1利用函數(shù)的單調(diào)性比較大小例2(1)已知函數(shù)f(x)的圖象向左平移1個(gè)單位后關(guān)于y軸對(duì)稱,當(dāng)x2〉x1〉1時(shí),[f(x2)-f(x1)]·(x2-x1)〈0恒成立,設(shè)a=feq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(1,2))),b=f(2),c=f(3),則a,b,c的大小關(guān)系為()A.c>a>b B.c〉b>aC.a(chǎn)〉c>b D.b>a〉c答案D解析由題意知y=f(x)圖象關(guān)于x=1對(duì)稱,且當(dāng)x〉1時(shí),y=f(x)是減函數(shù),∵a=feq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(1,2)))=feq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(5,2))),∴f(2)〉feq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(1,2)))>f(3),即b>a>c,故選D.(2)(2020·大同模擬)設(shè)函數(shù)f(x)=x2+x+a(a>0)滿足f(m)<0,則()A.f(m+1)=0 B.f(m+1)≤0C.f(m+1)〉0 D.f(m+1)〈0答案C解析∵f(x)圖象的對(duì)稱軸為x=-eq\f(1,2),f(0)=f(-1)=a,∴f(x)的大致圖象如圖所示.結(jié)合圖象,由f(m)〈0,得-1<m<0,∴m+1〉0,∴f(m+1)〉f(0)〉0.故選C.角度2利用函數(shù)的單調(diào)性解不等式例3(1)(2019·長(zhǎng)春模擬)f(x)是定義在(0,+∞)上的單調(diào)增函數(shù),滿足f(xy)=f(x)+f(y),f(3)=1,當(dāng)f(x)+f(x-8)≤2時(shí),x的取值范圍是()A.(8,+∞) B.(8,9]C.[8,9] D.(0,8)答案B解析2=1+1=f(3)+f(3)=f(9),由f(x)+f(x-8)≤2,可得f[x(x-8)]≤f(9),因?yàn)閒(x)是定義在(0,+∞)上的增函數(shù),所以有eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x>0,,x-8〉0,,xx-8≤9.))解得8<x≤9.(2)已知函數(shù)f(x)為(0,+∞)上的增函數(shù),若f(a2-a)>f(a+3),則實(shí)數(shù)a的取值范圍為________.答案(-3,-1)∪(3,+∞)解析由已知可得eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(a2-a〉0,,a+3〉0,,a2-a>a+3,))解得-3〈a〈-1或a>3,所以實(shí)數(shù)a的取值范圍為(-3,-1)∪(3,+∞).角度eq\o(\s\up7(),\s\do5(3))利用函數(shù)的單調(diào)性求參數(shù)例4(1)(2019·太原模擬)若f(x)=-x2+4mx與g(x)=eq\f(2m,x+1)在區(qū)間[2,4]上都是減函數(shù),則m的取值范圍是()A.(-∞,0)∪(0,1] B.(-1,0)∪(0,1]C.(0,+∞) D.(0,1]答案D解析函數(shù)f(x)=-x2+4mx的圖象開口向下,且以直線x=2m為對(duì)稱軸,若在區(qū)間[2,4]上是減函數(shù),則2m≤2,解得m≤1;g(x)=eq\f(2m,x+1)的圖象由y=eq\f(2m,x)的圖象向左平移一個(gè)單位長(zhǎng)度得到,若在區(qū)間[2,4]上是減函數(shù),則2m>0,解得m〉0。綜上可得,m的取值范圍是(0,1].故選D.(2)已知f(x)=eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(3a-1x+4a,x〈1,,logax,x≥1))是(-∞,+∞)上的減函數(shù),那么a的取值范圍是()A.(0,1) B.eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(1,3)))C.eq\b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,7),\f(1,3))) D.eq\b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,7),1))答案C解析由f(x)在R上單調(diào)遞減,則有eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(3a-1<0,,0〈a〈1,,3a-1+4a≥0,))解得eq\f(1,7)≤a〈eq\f(1,3)。函數(shù)單調(diào)性應(yīng)用問題的解題策略INCLUDEPICF"(1)比較函數(shù)值的大小,應(yīng)將自變量轉(zhuǎn)化到同一個(gè)單調(diào)區(qū)間內(nèi),然后利用函數(shù)的單調(diào)性解決.INCLUDEPICTF"(2)在求解與抽象函數(shù)有關(guān)的不等式時(shí),往往是利用函數(shù)的單調(diào)性將“f"符號(hào)脫掉,使其轉(zhuǎn)化為具體的不等式求解.此時(shí),應(yīng)特別注意函數(shù)的定義域.INCLUDEPICTF”(3)利用單調(diào)性求參數(shù)時(shí),通常要把參數(shù)視為已知數(shù),依據(jù)函數(shù)的圖象或單調(diào)性的定義,確定函數(shù)的單調(diào)區(qū)間,與已知單調(diào)區(qū)間比較求參數(shù).解決分段函數(shù)的單調(diào)性問題,要注意上、下段端點(diǎn)值的大小關(guān)系.[即時(shí)訓(xùn)練]2。(2019·商丘模擬)若f(x)是定義在(-∞,+∞)上的偶函數(shù),且對(duì)任意的x1,x2∈[0,+∞)且x1≠x2,有eq\f(fx2-fx1,x2-x1)<0,則()A.f(3)<f(1)〈f(-2) B.f(3)<f(-2)<f(1)C.f(-2)〈f(1)〈f(3) D.f(1)<f(-2)〈f(3)答案B解析∵對(duì)任意的x1,x2∈[0,+∞)且x1≠x2,有eq\f(fx2-fx1,x2-x1)<0,∴當(dāng)x≥0時(shí),函數(shù)f(x)為減函數(shù),∴f(3)〈f(2)〈f(1),又f(x)是定義在(-∞,+∞)上的偶函數(shù),∴f(3)〈f(-2)<f(1).故選B.3.(2019·湖南常德調(diào)研)已知函數(shù)f(x)=eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(-x2-ax-5,x≤1,,\f(a,x),x>1))是R上的增函數(shù),則實(shí)數(shù)a的取值范圍是()A.[-3,0) B.(-∞,-2]C.[-3,-2] D.(-∞,0)答案C解析由題意可知eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(-\f(a,2)≥1,,a〈0,,-1-a-5≤a,))解得-3≤a≤-2,即實(shí)數(shù)a的取值范圍為[-3,-2].4.(2019·山東師大附中模擬)已知函數(shù)f(x)=e|x-a|(a為常數(shù)),若f(x)在區(qū)間[1,+∞)上是增函數(shù),則a的取值范圍是________。答案(-∞,1]解析f(x)=eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(ex-a,x≥a,,ea-x,x<a,))當(dāng)x≥a時(shí),f(x)單調(diào)遞增,當(dāng)x〈a時(shí),f(x)單調(diào)遞減,又f(x)在[1,+∞)上是增函數(shù),所以a≤1.考向三函數(shù)的最值(值域)問題例5(1)(2019·河南鄭州第二次質(zhì)檢)高斯是德國(guó)著名的數(shù)學(xué)家,近代數(shù)學(xué)奠基者之一,享有“數(shù)學(xué)王子”的稱號(hào),用其名字命名的“高斯函數(shù)”為:設(shè)x∈R,用[x]表示不超過x的最大整數(shù),則y=[x]稱為高斯函數(shù).例如:[-2。1]=-3,[3。1]=3,已知函數(shù)f(x)=eq\f(2x+3,2x+1),則函數(shù)y=[f(x)]的值域?yàn)?)A.{0,1,2,3} B.{0,1,2}C.{1,2,3} D.{1,2}答案D解析∵f(x)=eq\f(2x+3,2x+1)=eq\f(1+2x+2,1+2x)=1+eq\f(2,1+2x),又2x>0,∴eq\f(2,1+2x)∈(0,2),∴1+eq\f(2,1+2x)∈(1,3),∴當(dāng)f(x)∈(1,2)時(shí),y=[f(x)]=1;當(dāng)f(x)∈[2,3)時(shí),y=[f(x)]=2?!嗪瘮?shù)y=[f(x)]的值域是{1,2}.故選D.(2)(2019·福建廈門質(zhì)檢)函數(shù)f(x)=eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)))x-log2(x+2)在區(qū)間[-1,1]上的最大值為________.答案3解析(單調(diào)性法)由于y=eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)))x在R上遞減,y=log2(x+2)在[-1,1]上單調(diào)遞增,所以f(x)在[-1,1]上單調(diào)遞減,故f(x)在[-1,1]上的最大值為f(-1)=3。(3)函數(shù)f(x)=x+eq\r(1-2x)的值域?yàn)開_______。答案(-∞,1]解析(代數(shù)換元法)函數(shù)的定義域?yàn)閑q\b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\co1(-∞,\f(1,2)))。令t=eq\r(1-2x)(t≥0),則x=eq\f(1-t2,2)。所以y=eq\f(1-t2,2)+t=-eq\f(1,2)(t-1)2+1(t≥0),故當(dāng)t=1(即x=0)時(shí),y有最大值1,故函數(shù)f(x)的值域?yàn)椋ǎ蓿?].(4)函數(shù)f(x)=3x+eq\f(2,x),x∈[1,2]的值域?yàn)開_______。答案[5,7]解析解法一:(基本不等式)f(x)=3eq\a\vs4\al\co1()x+eq\f(\f(2,3),x)eq\a\vs4\al\co1(),易證f(x)在eq\b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(\r(\f(2,3)),+∞))上是增函數(shù).∴f(x)在[1,2]上為增函數(shù),從而得值域?yàn)閇5,7].解法二:(導(dǎo)數(shù)法)f′(x)=3-eq\f(2,x2),當(dāng)1≤x≤2時(shí),f′(x)〉0,∴f(x)在[1,2]上為增函數(shù),又f(1)=5,f(2)=7.∴f(x)=3x+eq\f(2,x),x∈[1,2]的值域?yàn)閇5,7].函數(shù)值域的幾種求解方法INCLUDEPICF”(1)分離常數(shù)法:分子上構(gòu)造一個(gè)跟分母一樣的因式,把分式拆成常量和變量,進(jìn)一步確定變量范圍破解.INCLUDEPICTF"(2)單調(diào)性法:先確定函數(shù)的單調(diào)性,再由單調(diào)性求最值.INCLUDEPICTF”(3)圖象法:先作出函數(shù)的圖象,再觀察其最高點(diǎn)、最低點(diǎn),求出最值.INCLUDEPICTF”(4)基本不等式法:先對(duì)解析式變形,使之具備“一正二定三相等”的條件后用基本不等式求出最值.INCLUDEPICTF"(5)導(dǎo)數(shù)法:先求導(dǎo),然后求出在給定區(qū)間上的極值,最后結(jié)合端點(diǎn)值,求出最值.INCLUDEPICTF”(6)換元法:對(duì)比較復(fù)雜的函數(shù)可通過換元轉(zhuǎn)化為熟悉的函數(shù),再用相應(yīng)的方法求最值.[即時(shí)訓(xùn)練]5.函數(shù)y=eq\f(x2+2x+3,x-1)(x>1)的值域?yàn)開_______。答案[2eq\r(6)+4,+∞)解析∵y=eq\f(x-12+4x-1+6,x-1)=x-1+eq\f(6,x-1)+4≥2eq\r(x-1\f(6,x-1))+4=2eq\r(6)+4,當(dāng)且僅當(dāng)x=eq\r(6)+1取“=",∴函數(shù)值域?yàn)椋?eq\r(6)+4,+∞).6.函數(shù)f(x)=x+2eq\r(1-x)的最大值為________。答案2解析設(shè)eq\r(1-x)=t(t≥0),∴x=1-t2.∴y=x+2eq\r(1-x)=1-t2+2t=-t2+2t+1=-(t-1)2+2?!喈?dāng)t=1即x=0時(shí),ymax=2。7.已知函數(shù)y=eq\r(1-x)+eq\r(x+3)的最大值為M,最小值為m,則eq\f(m,M)的值為________。答案eq\f(\r(2),2)解析由題意,得eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(1-x≥0,,x+3≥0.))所以函數(shù)的定義域?yàn)閧x|-3≤x≤1}.兩邊平方,得y2=4+2eq\r(1-x)·eq\r(x+3)=4+2eq\r(1-xx+3).所以當(dāng)x=-1時(shí),y取得最大值M=2eq\r(2);當(dāng)x=-3或1時(shí),y取得最小值m=2,所以eq\f(m,M)=eq\f(\r(2),2)。8.設(shè)a,b∈R,a2+2b2=6,則a+b的最小值是________。答案-3解析因?yàn)閍,b∈R,a2+2b2=6,所以令a=eq\r(6)cosα,eq\r(2)b=eq\r(6)sinα,α∈R.則a+b=eq\r(6)cosα+eq\r(3)sinα=3sin(α+φ)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(tanφ=\f(\r(6),\r(3))=\r(2))),所以a+b的最小值是-3.利用函數(shù)單調(diào)性解抽象不等式函數(shù)f(x)對(duì)任意的m,n∈R,都有f(m+n)=f(m)+f(n)-1,并且x〉0時(shí),恒有f(x)〉1。(1)求證:f(x)在R上是增函數(shù);(2)若f(3)=4,解不等式f(a2+a-5)<2.解(1)證明:設(shè)x1〈x2,所以x2-x1〉0.因?yàn)楫?dāng)x〉0時(shí),f(x)〉1,所以f(x2-x1)〉1,f(x2)=f[(x2-x1)+x1]=f(x2-x1)+f(x1)-1,所以f(x2)-f(x1)=f(x2-x1)-1〉0?f(x1)〈f(x2),所以f(x)在R上為增函數(shù).(2)因?yàn)閙,n∈R,不妨設(shè)m=n=1,所以f(1+1)=f(1)+f(1)-1?f(2)=2f(1)-1,f(3)=4?f(2+1

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