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專題5.2平面向量的數(shù)量積及應(yīng)用目錄目錄 1一、5年高考?真題感悟 2二、課程標(biāo)準(zhǔn)?考情分析 8【課程標(biāo)準(zhǔn)】 8【考情分析】 8【2026考向預(yù)測】 9三、知識點(diǎn)?逐點(diǎn)夯實 9知識點(diǎn)1、平面向量的數(shù)量積 9知識點(diǎn)2、數(shù)量積的運(yùn)算律 9知識點(diǎn)3、數(shù)量積的性質(zhì) 9知識點(diǎn)4、數(shù)量積的坐標(biāo)運(yùn)算 10知識點(diǎn)5、向量中的易錯點(diǎn) 10四、重點(diǎn)難點(diǎn)?分類突破 11考點(diǎn)1平面向量數(shù)量積的基本運(yùn)算 11考點(diǎn)2求平面向量的模 12考點(diǎn)3求平面向量的夾角 14考點(diǎn)4垂直與平行的坐標(biāo)表示 16考點(diǎn)5平面向量的最值問題 18五、必考題型?分層訓(xùn)練 21A、基礎(chǔ)保分 21B、綜合提升 25TOC\o"1-2"\h\z\u
一、5年高考?真題感悟1.(2025·北京·高考真題)在平面直角坐標(biāo)系中,,.設(shè),則的取值范圍是(
)A. B. C. D.【答案】D【難度】0.65【知識點(diǎn)】數(shù)量積的運(yùn)算律、已知數(shù)量積求模、坐標(biāo)計算向量的?!痉治觥肯雀鶕?jù),求出,進(jìn)而可以用向量表示出,即可解出.【詳解】因為,,由平方可得,,所以.,,所以,,又,即,所以,即,故選:D.2.(2024·北京·高考真題)設(shè),是向量,則“”是“或”的(
).A.充分不必要條件 B.必要不充分條件C.充要條件 D.既不充分也不必要條件【答案】B【難度】0.65【知識點(diǎn)】判斷命題的必要不充分條件、垂直關(guān)系的向量表示、數(shù)量積的運(yùn)算律【分析】根據(jù)向量數(shù)量積分析可知等價于,結(jié)合充分、必要條件分析判斷.【詳解】因為,可得,即,可知等價于,若或,可得,即,可知必要性成立;若,即,無法得出或,例如,滿足,但且,可知充分性不成立;綜上所述,“”是“或”的必要不充分條件.故選:B.3.(2024·全國甲卷·高考真題)設(shè)向量,則(
)A.“”是“”的必要條件 B.“”是“”的必要條件C.“”是“”的充分條件 D.“”是“”的充分條件【答案】C【難度】0.65【知識點(diǎn)】判斷命題的充分不必要條件、向量垂直的坐標(biāo)表示、由向量共線(平行)求參數(shù)【分析】根據(jù)向量垂直和平行的坐標(biāo)表示即可得到方程,解出即可.【詳解】對A,當(dāng)時,則,所以,解得或,即必要性不成立,故A錯誤;對C,當(dāng)時,,故,所以,即充分性成立,故C正確;對B,當(dāng)時,則,解得,即必要性不成立,故B錯誤;對D,當(dāng)時,不滿足,所以不成立,即充分性不立,故D錯誤.故選:C.4.(2024·新課標(biāo)Ⅱ卷·高考真題)已知向量滿足,且,則(
)A. B. C. D.1【答案】B【難度】0.85【知識點(diǎn)】數(shù)量積的運(yùn)算律、已知數(shù)量積求模、垂直關(guān)系的向量表示【分析】由得,結(jié)合,得,由此即可得解.【詳解】因為,所以,即,又因為,所以,從而.故選:B.5.(2024·新課標(biāo)Ⅰ卷·高考真題)已知向量,若,則(
)A. B. C.1 D.2【答案】D【難度】0.85【知識點(diǎn)】向量垂直的坐標(biāo)表示、平面向量線性運(yùn)算的坐標(biāo)表示【分析】根據(jù)向量垂直的坐標(biāo)運(yùn)算可求的值.【詳解】因為,所以,所以即,故,故選:D.6.(2025·全國二卷·高考真題)已知平面向量若,則【答案】【難度】0.94【知識點(diǎn)】坐標(biāo)計算向量的模、向量垂直的坐標(biāo)表示、平面向量線性運(yùn)算的坐標(biāo)表示【分析】根據(jù)向量坐標(biāo)化運(yùn)算得,再利用向量垂直的坐標(biāo)表示得到方程,解出即可.【詳解】,因為,則,則,解得.則,則.故答案為:.7.(2024·天津·高考真題)已知正方形的邊長為1,若,其中為實數(shù),則;設(shè)是線段上的動點(diǎn),為線段的中點(diǎn),則的最小值為.【答案】【難度】0.65【知識點(diǎn)】平面向量基本定理的應(yīng)用、數(shù)量積的坐標(biāo)表示、平面向量線性運(yùn)算的坐標(biāo)表示、數(shù)量積的運(yùn)算律【分析】解法一:以為基底向量,根據(jù)向量的線性運(yùn)算求,即可得,設(shè),求,結(jié)合數(shù)量積的運(yùn)算律求的最小值;解法二:建系標(biāo)點(diǎn),根據(jù)向量的坐標(biāo)運(yùn)算求,即可得,設(shè),求,結(jié)合數(shù)量積的坐標(biāo)運(yùn)算求的最小值.【詳解】解法一:因為,即,則,可得,所以;由題意可知:,因為為線段上的動點(diǎn),設(shè),則,又因為為中點(diǎn),則,可得,又因為,可知:當(dāng)時,取到最小值;解法二:以B為坐標(biāo)原點(diǎn)建立平面直角坐標(biāo)系,如圖所示,則,可得,因為,則,所以;因為點(diǎn)在線段上,設(shè),且為中點(diǎn),則,可得,則,且,所以當(dāng)時,取到最小值為;故答案為:;.8.(2023·上?!じ呖颊骖})已知,,求【答案】4【難度】0.94【知識點(diǎn)】數(shù)量積的坐標(biāo)表示【分析】由平面向量數(shù)量積的坐標(biāo)運(yùn)算求解.【詳解】由題意得故答案為:49.(2023·天津·高考真題)在中,,,記,用表示;若,則的最大值為.【答案】【難度】0.65【知識點(diǎn)】用基底表示向量、用定義求向量的數(shù)量積、余弦定理解三角形、基本不等式求積的最大值【分析】空1:根據(jù)向量的線性運(yùn)算,結(jié)合為的中點(diǎn)進(jìn)行求解;空2:用表示出,結(jié)合上一空答案,于是可由表示,然后根據(jù)數(shù)量積的運(yùn)算和基本不等式求解.【詳解】空1:因為為的中點(diǎn),則,可得,兩式相加,可得到,即,則;空2:因為,則,可得,得到,即,即.于是.記,則,在中,根據(jù)余弦定理:,于是,由和基本不等式,,故,當(dāng)且僅當(dāng)取得等號,則時,有最大值.故答案為:;.
10.(2023·新課標(biāo)Ⅱ卷·高考真題)已知向量,滿足,,則.【答案】【難度】0.85【知識點(diǎn)】數(shù)量積的運(yùn)算律【分析】法一:根據(jù)題意結(jié)合向量數(shù)量積的運(yùn)算律運(yùn)算求解;法二:換元令,結(jié)合數(shù)量積的運(yùn)算律運(yùn)算求解.【詳解】法一:因為,即,則,整理得,又因為,即,則,所以.法二:設(shè),則,由題意可得:,則,整理得:,即.故答案為:.二、課程標(biāo)準(zhǔn)?考情分析【課程標(biāo)準(zhǔn)】(1)理解平面向量的意義、幾何表示及向量相等的含義.(2)掌握向量的加法、減法運(yùn)算,并理解其幾何意義及向量共線的含義.(3)了解平面向量基本定理及其意義.(4)會用坐標(biāo)表示平面向量的加法、減法與數(shù)乘運(yùn)算.【5年考情分析】5年考情分析考題示例考點(diǎn)分析難易程度(簡單、一般、較難、很難)2024年新I卷,第3題,5分向量垂直的坐標(biāo)表示簡單2024年新Ⅱ卷,第3題,5分?jǐn)?shù)量積的運(yùn)算律已知數(shù)量積求模垂直關(guān)系的向量表示簡單2023年新I卷,第3題,5分向量垂直的坐標(biāo)表示利用向量垂直求參數(shù)簡單2023年新Ⅱ卷,第13題,5分?jǐn)?shù)量積的運(yùn)算律簡單2022年新Ⅱ卷,第4題,5分?jǐn)?shù)量積及向量夾角的坐標(biāo)表示簡單【2026考向預(yù)測】平面向量數(shù)量積的運(yùn)算、化簡、證明及數(shù)量積的應(yīng)用問題,如證明垂直、距離等是每年必考的內(nèi)容,單獨(dú)命題時,一般以選擇、填空形式出現(xiàn).交匯命題時,向量一般與解析幾何、三角函數(shù)、平面幾何等相結(jié)合考查,而此時向量作為工具出現(xiàn).向量的應(yīng)用是跨學(xué)科知識的一個交匯點(diǎn),務(wù)必引起重視.預(yù)測命題時考查平面向量數(shù)量積的幾何意義及坐標(biāo)運(yùn)算,同時與三角函數(shù)及解析幾何相結(jié)合的解答題也是熱點(diǎn).三、知識點(diǎn)?逐點(diǎn)夯實知識點(diǎn)1.平面向量的數(shù)量積(1)平面向量數(shù)量積的定義已知兩個非零向量與,我們把數(shù)量叫做與的數(shù)量積(或內(nèi)積),記作,即=,規(guī)定:零向量與任一向量的數(shù)量積為0.(2)平面向量數(shù)量積的幾何意義①向量的投影:叫做向量在方向上的投影數(shù)量,當(dāng)為銳角時,它是正數(shù);當(dāng)為鈍角時,它是負(fù)數(shù);當(dāng)為直角時,它是0.②的幾何意義:數(shù)量積等于的長度與在方向上射影的乘積.③設(shè),是兩個非零向量,它們的夾角是與是方向相同的單位向量,,過的起點(diǎn)和終點(diǎn),分別作所在直線的垂線,垂足分別為,得到,我們稱上述變換為向量向向量投影,叫做向量在向量上的投影向量.記為.知識點(diǎn)2.?dāng)?shù)量積的運(yùn)算律已知向量、、和實數(shù),則:①;②;③.知識點(diǎn)3.?dāng)?shù)量積的性質(zhì)設(shè)、都是非零向量,是與方向相同的單位向量,是與的夾角,則①.②.③當(dāng)與同向時,;當(dāng)與反向時,.特別地,或.④.⑤.知識點(diǎn)4.?dāng)?shù)量積的坐標(biāo)運(yùn)算已知非零向量,,為向量、的夾角.結(jié)論幾何表示坐標(biāo)表示模數(shù)量積夾角的充要條件的充要條件與的關(guān)系(當(dāng)且僅當(dāng)時等號成立)知識點(diǎn)5、向量中的易錯點(diǎn)(1)平面向量的數(shù)量積是一個實數(shù),可正、可負(fù)、可為零,且.(2)當(dāng)時,由不能推出一定是零向量,這是因為任一與垂直的非零向量都有.當(dāng)時,且時,也不能推出一定有,當(dāng)是與垂直的非零向量,是另一與垂直的非零向量時,有,但.(3)數(shù)量積不滿足結(jié)合律,即,這是因為是一個與共線的向量,而是一個與共線的向量,而與不一定共線,所以不一定等于,即凡有數(shù)量積的結(jié)合律形式的選項,一般都是錯誤選項.(4)非零向量夾角為銳角(或鈍角).當(dāng)且僅當(dāng)且(或,且四、重點(diǎn)難點(diǎn)?分類突破考點(diǎn)1平面向量數(shù)量積的基本運(yùn)算例1、(24-25高三下·江蘇南通·期末)已知向量,滿足,,則在上的投影向量為(
)A. B. C. D.【答案】D【難度】0.85【知識點(diǎn)】向量夾角的計算、求投影向量【分析】利用向量夾角公式求出,再結(jié)合投影向量公式求解即可.【詳解】由向量的夾角公式得,由投影向量公式得在上的投影向量為,故D正確.故選:D例2、已知向量,滿足,,則.【答案】【難度】0.94【知識點(diǎn)】向量夾角的計算【分析】利用向量的相關(guān)知識,計算出,借助數(shù)量積公式計算即可.【詳解】結(jié)合題意:,所以因為,所以所以.故答案為:.【變式訓(xùn)練1】、已知是兩個單位向量,與的夾角為,則(
)A. B. C.1 D.【答案】C【難度】0.85【知識點(diǎn)】用定義求向量的數(shù)量積、已知數(shù)量積求模【分析】根據(jù)向量模及數(shù)量積的計算公式計算即可.【詳解】因為是兩個單位向量,與的夾角為,所以,所以.故選:C【變式訓(xùn)練2】、(24-25高三下·天津·期末)已知;是夾角為的兩個單位向量,若向量在上的投影向量為,則實數(shù).【答案】2【難度】0.85【知識點(diǎn)】數(shù)量積的運(yùn)算律、求投影向量【分析】由投影向量計算公式,結(jié)合數(shù)量積的運(yùn)算律計算即得.【詳解】由題意可得向量在上的投影向量:,,即,,解得:故答案為:2考點(diǎn)2求平面向量的模例3、(24-25高二下·甘肅蘭州·期末)已知單位向量,滿足,則.【答案】【難度】0.85【知識點(diǎn)】數(shù)量積的運(yùn)算律、已知數(shù)量積求模【分析】由已知可求得,進(jìn)而利用可求模.【詳解】因為,所以,所以,所以,所以.故答案為:.例4、(24-25高二下·河北邢臺·期末)已知兩個單位向量的夾角的余弦值為,則(
)A. B. C. D.【答案】D【難度】0.85【知識點(diǎn)】用定義求向量的數(shù)量積、數(shù)量積的運(yùn)算律、已知數(shù)量積求?!痉治觥坷脭?shù)量積的定義及運(yùn)算律求解即得.【詳解】由單位向量的夾角的余弦值為,得,所以.故選:D【變式訓(xùn)練3】、(2025·云南玉溪·模擬預(yù)測)已知向量滿足,,則(
)A.4 B.2 C.1 D.【答案】D【難度】0.85【知識點(diǎn)】數(shù)量積的運(yùn)算律、已知數(shù)量積求模【分析】對兩邊平方求出,再對平方運(yùn)算可得答案.【詳解】因為,,所以,可得,則.故選:D.【變式訓(xùn)練4】、(24-25高二下·海南??凇て谀┮阎蛄?,,若與的夾角為,則(
)A. B. C.2 D.3【答案】B【難度】0.85【知識點(diǎn)】已知數(shù)量積求?!痉治觥壳蟮茫缓笥嬎慵纯?【詳解】由題可知:,所以.故選:B考點(diǎn)3求平面向量的夾角例5、(24-25高二下·安徽宣城·期末)已知向量,,,則向量與的夾角是(
)A. B. C. D.【答案】C【難度】0.85【知識點(diǎn)】數(shù)量積的運(yùn)算律、向量夾角的計算、坐標(biāo)計算向量的?!痉治觥坷孟蛄康哪iL公式求出,結(jié)合求出,再利用向量數(shù)量積的定義求解夾角余弦值,最后結(jié)合夾角范圍求出夾角即可.【詳解】因為,所以由向量的模長公式得,因為,所以,即,得到,解得,設(shè)向量與的夾角為,而,故,因為,所以,故C正確.故選:C例6、(2025·四川巴中·三模)非零向量,滿足:,,則與夾角的余弦值為.【答案】/【難度】0.85【知識點(diǎn)】向量加法法則的幾何應(yīng)用、向量減法法則的幾何應(yīng)用、向量夾角的計算、垂直關(guān)系的向量表示【分析】根據(jù)向量的減法幾何意義將轉(zhuǎn)化為,再利用已知條件和判斷三角形的形狀,最后根據(jù)三角形形狀求出與的夾角.【詳解】根據(jù)題意,設(shè),,則,若,,即,且,則為等腰直角三角形,則與的夾角為,余弦值為.故答案為:.【變式訓(xùn)練5】、(2025·四川·模擬預(yù)測)已知向量滿足,則與的夾角為(
)A. B. C. D.【答案】B【難度】0.65【知識點(diǎn)】數(shù)量積的運(yùn)算律、向量夾角的計算、垂直關(guān)系的向量表示【分析】應(yīng)用向量垂直及數(shù)量積的運(yùn)算律得,再由向量的夾角公式求與的夾角.【詳解】由題設(shè),則,所以,,所以.故選:B【變式訓(xùn)練6】、(2025·甘肅金昌·三模)已知向量,其中,為單位向量,且,則.【答案】/【難度】0.85【知識點(diǎn)】用定義求向量的數(shù)量積、數(shù)量積的運(yùn)算律、向量夾角的計算【分析】求出后由夾角公式可求余弦值.【詳解】,同理,,故,故答案為:.考點(diǎn)4垂直與平行的坐標(biāo)表示例7、(2023·河南·二模)已知、不共線,向量,,且,則.【答案】【難度】0.85【知識點(diǎn)】已知向量共線(平行)求參數(shù)、利用平面向量基本定理求參數(shù)【分析】設(shè),其中,根據(jù)平面向量的基本定理可得出關(guān)于、的方程組,解之即可.【詳解】因為,所以,使得成立,即.因為、不共線,所以,所以,.故答案為:.例8、(2025·遼寧·三模)已知向量,向量在向量上的投影的數(shù)量為.若,則實數(shù)的值為(
)A.1 B. C.2 D.【答案】A【難度】0.65【知識點(diǎn)】平面向量數(shù)量積的幾何意義、數(shù)量積的運(yùn)算律、垂直關(guān)系的向量表示【分析】根據(jù)向量在向量上的投影及向量垂直,利用數(shù)量積運(yùn)算及向量的模計算即可.【詳解】因為向量在向量上的投影的數(shù)量為,所以,即,又,所以,又,所以,所以,解得,故選:A【變式訓(xùn)練7】、(多選題)若平面向量滿足,則(
)A. B.與的夾角為C. D.【答案】ACD【難度】0.65【知識點(diǎn)】數(shù)量積的運(yùn)算律、向量夾角的計算、垂直關(guān)系的向量表示、已知模求數(shù)量積【分析】根據(jù)給定條件,利用數(shù)量積的運(yùn)算律及向量夾角公式逐項求解判斷.【詳解】對于A,由,得,而,解得,A正確;對于B,,而,則,B錯誤;對于D,,D正確;對于C,,又都是非零向量,因此,C正確.故選:ACD【變式訓(xùn)練8】、(2025·山東威?!と#┮阎蛄繚M足,則與的夾角為.【答案】/【難度】0.85【知識點(diǎn)】向量夾角的計算、垂直關(guān)系的向量表示【分析】利用垂直向量的數(shù)量積為0可求得,然后由向量夾角公式可解.【詳解】因為,所以,得,因為,所以與的夾角為.故答案為:考點(diǎn)5平面向量中的最值問題例9、(2025·浙江紹興·二模)已知在四面體中,為等邊三角形,且,則與平面所成角正切值的最大值為(
)A. B. C. D.【答案】D【難度】0.65【知識點(diǎn)】數(shù)量積的運(yùn)算律、線面角的向量求法【分析】在平面中過作,連接,根據(jù)題設(shè)中的數(shù)量積可得的軌跡為以為直徑的球面,故可求與平面所成角正切值的最大值.【詳解】在平面中過作,連接,則四邊形為平行四邊形,且,故與平面所成角即為與平面所成的角.而,故,故即即,故,不妨設(shè)的邊長為,則的軌跡為以為直徑的球面(除去平面中以為直徑的圓),如圖,設(shè)為的中點(diǎn),連接,當(dāng)在球面上且平面平面時,與平面所成的角最大且為,此時,故,故此時,故選:D.例10、(2025·廣東佛山·三模)如圖,已知矩形的邊長滿足,以為圓心的圓與相切于,則(
)A. B.C.8 D.【答案】A【難度】0.65【知識點(diǎn)】平面向量數(shù)量積的幾何意義、數(shù)量積的運(yùn)算律【分析】由,根據(jù)等面積可得,由及向量數(shù)量積幾何意義求解即可.【詳解】由已知條件可知,,因此.故.故選:A【變式訓(xùn)練9】、(2025·云南玉溪·模擬預(yù)測)已知是所在平面內(nèi)一點(diǎn),且,則的最大值為.【答案】/【難度】0.65【知識點(diǎn)】已知數(shù)量積求模、已知切線求參數(shù)【分析】根據(jù)題意,結(jié)合平面向量的線性運(yùn)算和數(shù)量積的運(yùn)算法則,可得點(diǎn)軌跡是以為圓心,為半徑的圓,再由直線與圓相切,可得的最大值.【詳解】因為,所以,所以,即點(diǎn)的軌跡是以為圓心,為半徑的圓,如圖所示:
由圖可知,當(dāng)與圓相切時,取得最大值,因為,,所以,即的最大值為.故答案為:【變式訓(xùn)練10】、(2025·河北·模擬預(yù)測)(多選題)已知平面向量,,若,則下列說法正確的是(
)A.與的夾角 B.C. D.在方向上的投影向量為【答案】AD【難度】0.65【知識點(diǎn)】數(shù)量積的運(yùn)算律、向量夾角的計算、垂直關(guān)系的向量表示、求投影向量【分析】根據(jù)數(shù)量積公式及題中條件即可判斷選項A,B;根據(jù)數(shù)量積的運(yùn)算律及垂直的向量表示即可判斷選項C;根據(jù)在方向上的投影向量的計算公式即可判斷選項D.【詳解】∵,∴,∴.又,∴,故選項A正確;∵,∴,當(dāng)且僅當(dāng)時,,故選項B錯誤;∵,∴,即,∴或,故選項C錯誤;在方向上的投影向量,故選項D正確.故選:AD.五、分層訓(xùn)練一、單選題1.若,且,則與的夾角是(
)A. B. C. D.【答案】B【難度】0.85【知識點(diǎn)】向量夾角的計算、垂直關(guān)系的向量表示【分析】利用向量垂直的充要條件和向量數(shù)量積的定義求得,再結(jié)合兩向量夾角的范圍即得.【詳解】由可得,解得,因,故.故選:B.2.(2025·北京大興·三模)已知平面向量,,若,則實數(shù)(
)A. B.1 C.或1 D.4【答案】C【難度】0.94【知識點(diǎn)】平面向量線性運(yùn)算的坐標(biāo)表示、垂直關(guān)系的向量表示、利用向量垂直求參數(shù)【分析】根據(jù)向量垂直的坐標(biāo)表示即可求出的值.【詳解】因為,所以.因為,所以所以.解得.故選:C.3.(2025·湖北黃岡·模擬預(yù)測)在中,,,,則(
)A.2 B. C.3 D.【答案】C【難度】0.65【知識點(diǎn)】向量加法的法則、數(shù)量積的運(yùn)算律、垂直關(guān)系的向量表示、已知模求數(shù)量積【分析】根據(jù)得出,再利用向量的線性運(yùn)算得出,即可求出.【詳解】因為,所以,即,所以,即,因為,則,則,所以.故選:C.4.(2025·廣東廣州·三模)已知向量不共線,與共線,則實數(shù)的值為(
)A. B.2 C.6 D.【答案】A【難度】0.85【知識點(diǎn)】已知向量共線(平行)求參數(shù)【分析】由向量共線得到,求解即可.【詳解】因為與共線,所以,解得:,故選:A5.(2025·江蘇南通·三模)已知,為平面內(nèi)一組基底,,,,若A,B,D三點(diǎn)共線,則a的值為(
)A.2 B. C.0 D.1【答案】A【難度】0.94【知識點(diǎn)】向量加法的法則、已知向量共線(平行)求參數(shù)、用基底表示向量【分析】根據(jù)向量的減法運(yùn)算求出,再由共線向量定理求解即可.【詳解】,,因為與共線,,故選:A.二、多選題6.(多選題)已知,是夾角為的單位向量,且,,則下列說法正確的是(
).A. B.在方向上的投影向量為C. D.當(dāng)時,與的夾角為銳角【答案】AB【難度】0.65【知識點(diǎn)】用定義求向量的數(shù)量積、數(shù)量積的運(yùn)算律、向量夾角的計算、求投影向量【分析】利用向量模的知識即可求解A;利用投影即可求解B;利用數(shù)量積即可求解C;當(dāng)時,與共線可求解D.【詳解】A:由,是夾角為的單位向量則,則對兩邊同時平方得,則,故A正確;B:在方向上的投影向量為,故B正確;C:由,,則,故C錯誤;D:當(dāng)時,,此時夾角不為銳角,故D錯誤;故選:AB.三、填空題7.
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