内容正文:
必修第一册 夯实基础篇 13幂函数 第三章 函数的概念与性质 夯实基础篇-13幂函数 1、 问题导学 1. 我们学过一次函数,二次函数,反比例函数,高中还将要学习哪些基本初等函数呢? 2. 本节课我们就利用前面学习过的函数的概念及性质,认识一类基本初等函数-幂函数。 3. 幂函数的定义?幂函数有哪些性质?有哪些特殊的幂函数? 2、 知识构建 知识点一:幂函数的概念 一般地,函数叫做幂函数,其中是自变量,是常数. 知识点二:五个幂函数的图象与性质 1.在同一平面直角坐标系内函数的图像 (1) ;(2) ;(3) ;(4) ;(5) 观察上图,可以得到五个幂函数的性质如下: 2.五个幂函数的性质 函数 图像 定义域 值域 奇偶性 单调性 过定点 知识点三:拓展结论-一般幂函数的性质 (1),当时,在单调 .; (2),当时,在单调 .. 3、 类型剖析 类型一:幂函数的概念的理解 类型二:利用幂函数概念求解析式或求值 类型三:幂函数的图象及性质 类型四:利用幂函数图像与性质比较大小 类型五:利用幂函数的单调性解不等式 三、类型应用 类型一-幂函数的概念 【例1】在函数①,②,③ ,④,⑤,⑥中,是幂函数的是( ) A.①②④⑤ B.③④⑥ C.①②⑥ D.①②④⑤⑥ 【跟踪训练1-1】下列函数中不是幂函数的是( ) A. B. C. D. 【跟踪训练1-2】现有下列函数:①;②;③;④;⑤;⑥;⑦,其中幂函数的个数为( ) A.1 B.2 C.3 D.4 【例2】已知函数为幂函数,则实数的值为( ) A.或 B.或1 C. D.1 【跟踪训练2-1】已知幂函数的定义域为,则实数 . 【跟踪训练2-2】已知幂函数是偶函数,则 . 【跟踪训练2-3】已知幂函数在上为增函数,则实数m的值是 . 【跟踪训练2-4】已知幂函数的图像关于轴对称,则等于( ) A.1 B.2 C.1或2 D.3 类型二:利用幂函数概念求解析式或求值 【例3】已知幂函数过点,则该幂函数解析式为 . 【跟踪训练3-1】若幂函数的图象经过点,则f等于( ) A.4 B.2 C. D. 【跟踪训练3-2】已知幂函数的图象经过点,则( ) A. B.1 C.2 D.3 【跟踪训练3-3】幂函数的图象经过,,则m的值为( ) A.4 B. C.2 D. 【跟踪训练3-4】已知幂函数的图象过点,则等于( ) A. B.1 C. D.2 类型三-幂函数的图象及性质 【例4】右图的曲线是幂函数在第一象限内的图象,已知n分别取,,2四个值,相应的曲线对应的n依次为( ) A.,,1,2 B.2,1,, C.,,2, D.2,,, 【跟踪训练4-1】幂函数,,,的图象如图,则将m,n,p,q的大小关系用“<”连接起来结果是_. 【跟踪训练4-2】函数的图象大致是( ) A. B. C. D. 【例5】已知幂函数的图象过点,则下列关于的说法正确的是( ) A.是奇函数 B.是偶函数 C.的定义域为 D.在上单调递增 【跟踪训练5-1】下列幂函数中,在定义域内是偶函数且在上是减函数的是( ) A. B. C. D. 【跟踪训练5-2】设,则使函数的定义域为且函数为奇函数的所有的值为( ) A. B. C. D. 【例6】证明函数在上是增函数. 【跟踪训练6】根据单调性和奇偶性的定义证明函数的单调性和奇偶性. 类型四-利用幂函数图像与性质比较大小 【例7】利用幂函数的性质,比较下列各题中两个值的大小: (1),;(2),. 【跟踪训练7-1】比较下列各组数中两个数的大小: (1) ; (2) 【跟踪训练7-2】比较下列各组数的大小: (1); (2) ; 类型五:利用幂函数的单调性解不等式 【例8】 【跟踪训练8-1】若幂函数图象过点,且,则的范围是( ) A. B. C. D. 【跟踪训练8-2】已知幂函数在上是增函数 (1)求的解析式; (2)若,求的取值范围. 4、 素养提升 1. 已知幂函数的图象过点,试画出的图象并指出该函数的定义域与单调区间. 2.画出函数的图象,并判断函数的奇偶性,讨论函数的单调性. 5、 数学情境 1. 幂函数为什么叫“幂函数”呢?幂,本义为方布.三国时的刘徽为《九章算术 方田》作注:“田幂,凡广(即长)从(即宽)相乘谓之乘.”幂字之义由长方形的布引申成长方形的面积;明代徐光启翻译《几何原本》时,自注曰:“自乘之数曰幂”.幂字之义由长方形的面积再引申成相同的数相乘,即,函数为幂函数,则 . 2.在固定压力差(压力差为常数)下,当气体通过圆形管道时,其流量速率v,(单位:)与管道半径r(单位:cm)的四次方成正比. (1)写出气体流量速率v,关于管道半径r的函数解析式; (2)若气体在半径为3cm的管道中,流量速率为,求该气体通过半径为r的管道时,其流量速率v的表达式; (3)已知(2)中的气体通过的管道半径为5cm,计算该气体的流量速率(精确到). 六、随堂检测 1.下列函数中幂函数的是( ) A. B. C. D. 2.函数的大致图像是( ) A.B.C. D. 3.函数的定义域为( ) A. B. C. D. 4.若幂函数的图象经过点,则=( ) A. B.2 C.4 D. 5.已知幂函数,则( ) A. B.1 C. D.2 6.幂函数在上是减函数,则实数的值为( ) A.2或 B. C.2 D.或 7.若幂函数图象过点,且,则的范围是( ) A. B. C. D. 8.幂函数在第一象限的图象如图所示,若,则 . 9.若幂函数的图像过点,则此函数的解析式是 . 10.幂函数在上单调递增,则 . 11.已知.若幂函数为奇函数,且在上递减,则 . 12. 下列幂函数中是奇函数且在上单调递增的是 (填序号). ①;②;③;④;⑤. 13.写出一个具有性质①②③的幂函数 . ①是奇函数;②在上单调递增;③. 13.比较下列各组数中两个数的大小. (1) ;(2) . 14.已知幂函数的图象过点. (1)求的值; (2)若,求实数a的取值范围. 15.已知幂函数的图象关于轴对称. (1)求的值及函数的解析式; (2)设函数,求在区间上的值域. 2 / 2 学科网(北京)股份有限公司 $$必修第一册 夯实基础篇 13幂函数
第三章 函数的概念与性质
夯实基础篇---13幂函数
1、 问题导学
1. 我们学过一次函数,二次函数,反比例函数,高中还将要学习哪些基本初等函数呢?
2. 本节课我们就利用前面学习过的函数的概念及性质,认识一类基本初等函数---幂函数。
3. 幂函数的定义?幂函数有哪些性质?有哪些特殊的幂函数?
2、 知识构建
知识点一:幂函数的概念
一般地,函数叫做幂函数,其中是自变量,是常数.
知识点二:五个幂函数的图象与性质
1.在同一平面直角坐标系内函数的图像
(1) ;(2) ;(3) ;(4) ;(5)
观察上图,可以得到五个幂函数的性质如下:
2.五个幂函数的性质
函数
图像
定义域
值域
奇偶性
奇函数
偶函数
奇函数
非奇非偶函数
奇函数
单调性
增函数
递增,递减
增函数
增函数
和递减
过定点
点
知识点三:拓展结论--一般幂函数的性质
(1)所有的幂函数在(0,+∞)上都有定义,并且图象都过点(1,1);
(2),当时,在单调递增;
(3),当时,在单调递减.
在第一象限内,当x从右边趋向于原点时,图象在y轴右方无限接近y轴,
当x从原点趋向于+∞时,图象在x轴上方无限接近x轴;
(4)在(1,+∞)上,随幂指数的逐渐增大,图象越来越靠近y轴.
3、 类型剖析
类型一:幂函数的概念的理解
类型二:利用幂函数概念求解析式或求值
类型三:幂函数的图象及性质
类型四:利用幂函数图像与性质比较大小
类型五:利用幂函数的单调性解不等式
三、类型应用
类型一---幂函数的概念
【例1】在函数①,②,③ ,④,⑤,⑥中,是幂函数的是( )
A.①②④⑤ B.③④⑥
C.①②⑥ D.①②④⑤⑥
【答案】C
【解析】幂函数是形如y=xα(α为常数)的函数,①是α=-1的情形,②是α=2的情形,⑥是α=-的情形,所以①②⑥都是幂函数;③是指数函数,不是幂函数;⑤中x2的系数是2,所以不是幂函数;④是常函数,不是幂函数.所以只有①②⑥是幂函数.故选C.
【跟踪训练1-1】下列函数中不是幂函数的是( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】根据幂函数的定义逐个分析选项即可.
【详解】对于选项A,,故它是幂函数.故A项正确;
对于选项B,是幂函数,故B项正确;
对于选项C,选项的系数为3,所以它不是幂函数.故C项不成立;
对于选项D,是幂函数,故D项正确.
故选:C.
【跟踪训练1-2】现有下列函数:①;②;③;④;⑤;⑥;⑦,其中幂函数的个数为( )
A.1 B.2 C.3 D.4
【答案】B
【分析】根据幂函数的定义逐个辨析即可
【详解】幂函数满足形式,故,满足条件,共2个
故选:B
【例2】已知函数为幂函数,则实数的值为( )
A.或 B.或1 C. D.1
【答案】C
【分析】直接根据幂函数的定义求解即可.
【详解】∵为幂函数,
∴,
∴,或,
又,
∴,
故选:C.
【跟踪训练2-1】已知幂函数的定义域为,则实数 .
【答案】3
【分析】根据题意,由幂函数的定义以及性质,列出方程,代入计算,即可得到结果.
【详解】由题意可得,,解得或,
当时,,定义域为;
当时,,定义域为,不满足;
所以.
故答案为:3
【跟踪训练2-2】已知幂函数是偶函数,则 .
【答案】1
【分析】根据幂函数的定义和奇偶性即可求解.
【详解】由于函数是幂函数,所以,解得或.
当时,,是奇函数;
当时,,是偶函数,符合题意,
所以的值为1.
故答案为:1
【跟踪训练2-3】已知幂函数在上为增函数,则实数m的值是 .
【答案】3
【分析】根据幂函数的定义求得,再由单调性确定最终结论.
【详解】由题意,解得或,时,在上递减,时,在上递增,所以.
故答案为:3.
【跟踪训练2-4】已知幂函数的图像关于轴对称,则等于( )
A.1 B.2 C.1或2 D.3
【答案】A
【分析】根据幂函数以及幂函数的对称性确定正确答案.
【详解】由于函数是幂函数,所以,解得或.
当时,,是偶函数,图像关于轴对称,符合题意.
当时,,是奇函数,图像不关于轴对称,不符合题意.
所以的值为.
故选:A
类型二:利用幂函数概念求解析式或求值
【例3】已知幂函数过点,则该幂函数解析式为 .
【答案】
【分析】设幂函数解析式为,然后将点代入解析式求解即可.
【详解】设幂函数解析式为,将点代入得,
所以.所以该幂函数解析式为.
故答案为:
【跟踪训练3-1】若幂函数的图象经过点,则f等于( )
A.4 B.2
C. D.
【答案】A
【分析】待定系数法设出幂函数的方程,根据经过点,可求出函数的解析式,进一步计算即可.
【详解】设,因为函数过点,
则,所以,
所以
则
故选:
【跟踪训练3-2】已知幂函数的图象经过点,则( )
A. B.1 C.2 D.3
【答案】D
【解析】设,由,得,
,则.故选:D
【跟踪训练3-3】幂函数的图象经过,,则m的值为( )
A.4 B. C.2 D.
【答案】B
【解析】设,因为的图象经过,
所以,解得,
所以,
又因为的图象经过,
所以.
故选B.
【跟踪训练3-4】已知幂函数的图象过点,则等于( )
A. B.1 C. D.2
【答案】C
类型三---幂函数的图象及性质
【例4】右图的曲线是幂函数在第一象限内的图象,已知n分别取,,2四个值,相应的曲线对应的n依次为( )
A.,,1,2 B.2,1,,
C.,,2, D.2,,,
【答案】B
【分析】利用幂函数的图象性质逐一观察判断即可.
【详解】函数在第一象限内单调递减,对应的图象为;
对应的图象为一条过原点的直线,对应的图象为;
对应的图象为抛物线,对应的图象应为;
在第一象限内的图象是;
所以与曲线对应的n依次为2,1,,.
故选:B
【跟踪训练4-1】幂函数,,,的图象如图,则将m,n,p,q的大小关系用“<”连接起来结果是________.
【答案】 n<q<m<p
【跟踪训练4-2】函数的图象大致是( )
A. B.
C. D.
【答案】D
【分析】根据幂函数的性质直接判断即可.
【详解】由幂函数性质知:的定义域为,且在第一象限内单调递减,
ABC错误,D正确.
故选:D.
【例5】已知幂函数的图象过点,则下列关于的说法正确的是( )
A.是奇函数 B.是偶函数
C.的定义域为 D.在上单调递增
【答案】D
【分析】求出幂函数的解析式,利用幂函数的基本性质逐项判断,即可得出合适的选项.
【详解】因为函数为幂函数,设,则,解得,
所以,,所以,函数的定义域为,
函数为非奇非偶函数,且该函数在上单调递增,ABC都错,D对.
故选:D.
【跟踪训练5-1】下列幂函数中,在定义域内是偶函数且在上是减函数的是( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【分析】根据初等函数的性质,结合奇偶性的定义与判定,以及初等函数的单调性,逐项判定,即可求解.
【详解】对于A中,函数,可得其定义域为,关于原点对称,
且满足,所以函数为定义域上的偶函数,
再由幂函数的性质,可得函数在为减函数,所以A正确;
对于B中,函数,可得函数为定义域上的奇函数,所以B不正确;
对于C中,函数在为单调增函数,所以C错误;
对于D中,函数的定义域,其中定义域不关于原点对称,
所以为非奇非偶函数,所以D不正确.
故选:A.
【跟踪训练5-2】设,则使函数的定义域为且函数为奇函数的所有的值为( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【分析】
本题考查的是幂函数的性质,将分别代入判断函数的定义域与奇偶性即可.
【解析】
时,函数解析式为满足题意;时,函数解析式为,偶函数,不符合题意;时,函数解析式为满足题意;时,函数解析式为,定义域为,不符合题意;时,函数解析式为,定义域为,不符合题意.
故选:C.
【例6】证明函数在上是增函数.
【解析】
法一:任取,,且 ,则有,,
因为,
所以,
即函数在上是增函数.
方法二:任取,,且,
则有,且,,,
所以,
故在上为增函数.
【跟踪训练6】根据单调性和奇偶性的定义证明函数的单调性和奇偶性.
【答案】证明见解析.
【分析】根据函数奇偶性的定义判断,利用定义法证明函数的单调性,按照:设元、作差、变形、判断符号、下结论的步骤完成即可.
【详解】证明:的定义域为R.
任取,且,则.
,且,,.
,即.
在上为增函数.
又,为奇函数.
【点睛】本题考查幂函数的单调性及奇偶性的证明,属于基础题.
类型四----利用幂函数图像与性质比较大小
【例7】利用幂函数的性质,比较下列各题中两个值的大小:
(1),;(2),.
【答案】(1);(2).
【分析】(1)根据的单调性比较大小;
(2)根据在上的单调性比较大小.
【详解】解:(1)设,则在R上为增函数.
,.
(2)设,则在上为减函数,
,.
【点睛】本题考查幂函数的单调性的应用,属于基础题.
【跟踪训练7-1】比较下列各组数中两个数的大小:
(1) ; (2)
【答案】(1)> (2)>
【解析】 (1)因为幂函数y=x0.3在(0,+∞)上是单调递增的,
又>,所以0.3>0.3.
(2)因为幂函数y=x-1在(-∞,0)上是单调递减的,
又-<-,所以-1>-1.
【跟踪训练7-2】比较下列各组数的大小:
(1); (2) ;
【答案】(1)> (2)>
【解析】
(1)∵y=x0.5在[0,+∞)上是增函数且>,
∴0.5>0.5.
(2)∵y=x3是R上的增函数,且3.14<π,
∴3.143<π3,∴-3.143>-π3.
类型五:利用幂函数的单调性解不等式
【例8】
注意:构造幂函数,利用幂函数的单调性比较大小.
【答案】.
【解析】因为y=x在定义域[0,+∞)上是增函数,所以
解得-1≤m<.故实数m的取值范围为.
【跟踪训练8-1】若幂函数图象过点,且,则的范围是( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】由已知条件可得,解得,则,
所以,函数在上为增函数,
由可得,解得.故选:B.
【跟踪训练8-2】已知幂函数在上是增函数
(1)求的解析式;
(2)若,求的取值范围.
【答案】(1);(2)
【解析】(1)因为是幂函数,
所以,解得或,
又在上是增函数,故,
,则.
(2)由(1)知在上是增函数,
又,的定义域为,
,解得,
的取值范围是.
4、 素养提升
1. 已知幂函数的图象过点,试画出的图象并指出该函数的定义域与单调区间.
【答案】图象见解析,定义域为,单调减区间为,单调增区间为.
【分析】将点代入函数中可求出的值,从而可求出幂函数的解析式,再根据幂函数的性质可得其单调区,图象和定义域.
【详解】因为幂函数的图象过点,
所以,解得,所以
所以的图象如图所示,定义域为,单调减区间为,单调增区间为.
2.画出函数的图象,并判断函数的奇偶性,讨论函数的单调性.
【答案】图像见解析,偶函数,讨论见解析
【分析】将绝对值去掉,将函数解析式写出分段函数的形式,再根据幂函数的性质及图象画出函数图象,从而可以判断函数的奇偶性和单调性.
【详解】解:
的图象如图所示,
设的定义域为R.
,
为偶函数.
当时,为增函数,证明如下:
设任意的,且,则.
,且即.
在上为增函数.
当时,为减函数,证明如下:
设任意的,且,则.
,且,即.
在上是减函数.
【点睛】本题考查分段函数及幂函数的图象及性质,属于中档题.
5、 数学情境
1. 幂函数为什么叫“幂函数”呢?幂,本义为方布.三国时的刘徽为《九章算术·方田》作注:“田幂,凡广(即长)从(即宽)相乘谓之乘.”幂字之义由长方形的布引申成长方形的面积;明代徐光启翻译《几何原本》时,自注曰:“自乘之数曰幂”.幂字之义由长方形的面积再引申成相同的数相乘,即,函数为幂函数,则 .
【答案】
【分析】利用幂函数的定义进行求解即可得.
【详解】解:因为函数为幂函数,
所以可得,解得.
故答案为:1
2.在固定压力差(压力差为常数)下,当气体通过圆形管道时,其流量速率v,(单位:)与管道半径r(单位:cm)的四次方成正比.
(1)写出气体流量速率v,关于管道半径r的函数解析式;
(2)若气体在半径为3cm的管道中,流量速率为,求该气体通过半径为r的管道时,其流量速率v的表达式;
(3)已知(2)中的气体通过的管道半径为5cm,计算该气体的流量速率(精确到).
【答案】(1);(2);(3)
【解析】(1))设比例系数为,由题意可得:.
(2)代入可得.
(3)利用(2)的表达式即可得出.
【详解】解:(1)设比例系数为,气体的流量速率关于管道半径的函数解析式为.
(2)将与代入中,有.解得,
所以,气体通过半径为r的管道时,其流量速率v的表达式为.
(3)当时,.所以,当气体81通过的管道半径为5cm时,该气体的流量速率约为.
【点睛】本题考查了正比例函数的解析式及幂函数其应用,考查了推理能力与计算能力,属于中档题.
六、随堂检测
1.下列函数中幂函数的是( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】根据幂函数的定义直接得出结果.
【详解】A:函数为一次函数,故A不符合题意;
B:函数为二次函数,故B不符合题意;
C:函数为二次函数,故C不符合题意;
D:函数为幂函数,故D符合题意.
故选:D
2.函数的大致图像是( )
A.B.C. D.
【答案】A
【分析】根据幂函数的特点即可求解.
【详解】根据幂函数的特点知选项A的图象为函数的大致图像.
故选:A.
3.函数的定义域为( )
A. B.
C. D.
【答案】D
【分析】化简函数解析式,根据函数解析式有意义可得出关于的不等式组,由此可解得原函数的定义域.
【详解】因为,则,可得,
故函数的定义域为.
故选:D.
4.若幂函数的图象经过点,则=( )
A. B.2 C.4 D.
【答案】C
【分析】利用已知条件求得幂函数解析式,然后代入求解即可.
【详解】设幂函数,因为的图象经过点,所以,解得,
所以,所以.
故选:C
5.已知幂函数,则( )
A. B.1 C. D.2
【答案】A
【分析】根据函数为幂函数得到方程,求出,得到解析式,代入求值即可.
【详解】因为是幂函数,所以,即,
所以,.
故选:A.
6.幂函数在上是减函数,则实数的值为( )
A.2或 B. C.2 D.或
【答案】B
【分析】根据幂函数解析式的特征,以及幂函数的性质,即可求解的值.
【详解】由题意可知,,解得:或,
当时,,函数在上是减函数,成立,
当时,,函数在上是增函数,不成立,
所以.
故选:B
7.若幂函数图象过点,且,则的范围是( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】由已知条件求出的知,分析函数在上的单调性,由可得出关于实数的不等式,解之即可.
【详解】由已知条件可得,解得,则,
所以,函数在上为增函数,
由可得,解得.
故选:B.
8.幂函数在第一象限的图象如图所示,若,则 .
【答案】/
【分析】根据幂函数的图象与性质,结合题意,即可求解.
【详解】由幂函数的图象可得,函数在单调递增,且增长趋势越来越缓慢,
又由,则只有满足条件.
故答案为:.
9.若幂函数的图像过点,则此函数的解析式是 .
【答案】
【分析】设,再代入求解即可.
【详解】设,由图像过点可得,解得.
故答案为:
10.幂函数在上单调递增,则 .
【答案】
【分析】
利用幂函数的定义及性质列式计算即得.
【详解】由幂函数在上单调递增,得,所以.
故答案为:
11.已知.若幂函数为奇函数,且在上递减,则 .
【答案】
【分析】由幂函数在上递减得,又由幂函数为奇函数,验证即可求解.
【详解】因为幂函数在上递减,所以,
又幂函数为奇函数,所以.
故答案为:
12. 下列幂函数中是奇函数且在上单调递增的是 (填序号).
①;②;③;④;⑤.
【答案】②④
【分析】利用奇函数排除给定的部分函数,再利用单调性判断作答.
【详解】函数是偶函数,函数是非奇非偶函数,即①③不是;
函数是奇函数,但在上单调递减,⑤不是;
函数,都是奇函数,且在上单调递增,②④是.
故答案为:②④
13.写出一个具有性质①②③的幂函数 .
①是奇函数;②在上单调递增;③.
【答案】(答案不唯一)
【分析】利用幂函数的图象和性质,判断满足性质①②③的幂函数.
【详解】由幂函数的性质可知,同时满足性质①②③.
故答案为:(答案不唯一)
13.比较下列各组数中两个数的大小.
(1) ;(2) .
【答案】(1)
(2)
【分析】(1)(2)根据幂函数的单调性比较大小
【详解】(1)因为幂函数在上单调递增,且,
所以,
(2)因为幂函数在上单调递减,且,
所以.
14.已知幂函数的图象过点.
(1)求的值;
(2)若,求实数a的取值范围.
【答案】(1)
(2)
【分析】(1)由条件可得,得到的值即可求出函数解析式,最后求函数值即可;
(2)根据函数的定义域和单调性,得到不等式组,求出答案.
【详解】(1)将代入可得,解得,故,所以;
(2)因为在上单调递增,且,
所以,解得,即实数a的取值范围是.
15.已知幂函数的图象关于轴对称.
(1)求的值及函数的解析式;
(2)设函数,求在区间上的值域.
【答案】(1),
(2)
【分析】(1)根据幂函数的定义及性质计算可得;
(2)首先得到解析式,再结合二次函数的性质计算可得.
【详解】(1)因为为幂函数,
所以,解得或,
当时,,函数图象关于轴对称,符合题意;
当时,,函数图象关于原点对称,不符合题意;
综上可得,.
(2)因为,,
所以,
所以在上单调递减,在上单调递增,
又,,,所以,
即在区间上的值域为.
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