内容正文:
第03讲 二项式定理
1 二项式展开式
2 二项展开式的通项公式
3 二项式系数表(杨辉三角)
展开式的二项式系数,当依次取时,二项式系数表,表中每行两端都是1,除1以外的每一个数都等于它肩上两个数的和 .
4 二项式系数的性质
(1)对称性.与首末两端“等距离”的两个二项式系数相等.
直线是图象的对称轴.
(2)增减性与最大值:
当是偶数时,中间一项取得最大值;当是奇数时,中间两项 ,取得最大值.
(3)二项式系数和:,
奇数项的系数等于偶数项的系数等于,
备注
令,则,
令 ,则,
奇数项的系数等于偶数项的系数等于.
特别提醒
1. 在运用二项式定理时一定要牢记通项公式.另外二项展开式的二项式系数与该项的(字母)系数是两个不同的概念,前者只是指,而后者是指字母外的部分.
2.在使用通项公式时,要注意通项公式是表示第项,而不是第项.
【题型1】 二项展开式的通项及其应用
角度1 求二项展开式的特定项(或系数)
【典题1】 (2024·浙江·三模)的展开式的常数项为( )
A. B. C. D.4
【巩固练习】
1. (2025·广东·专练) 的展开式中,的系数为( )
A. B. C. D.
2(2025·全国·专练)已知,若的展开式中,常数项等于240,则( )
A.3 B.2 C.6 D.4
3(2023·四川泸州·二模)已知的展开式中存在常数项,则n的可能取值为( )
A.4 B.5 C.6 D.8
角度2 两个二项式之积特定项(或系数)
【典题1】 (2024·山西长治·模拟预测)的展开式中的系数是( )
A.﹣10 B.0 C.10 D.30
【巩固练习】
1. 的展开式中,的系数为( )
A.160 B.40 C.120 D.80
2(2024·江西·一模)的展开式中的常数项为( )
A.147 B. C.63 D.
3(2024·吉林长春·模拟预测)的展开式中的系数( )
A.28 B.35 C.36 D.56
角度3 三项展开式的特定项(或系数)
【典题1】 (2024·山西太原·三模)的展开式中 的系数为( )
A.-20 B.20 C.-30 D.30
【巩固练习】
1. (2024·云南昆明·模拟预测)的展开式中,项的系数为( )
A.10 B. C.60 D.
2(2024·湖南长沙·三模)在的展开式中,的系数是( )
A.168 B. C.1512 D.
3(2024·湖南衡阳·一模)的展开式中的系数为( )
A. B. C. D.
【题型2】 二项式系数的性质
【典题1】 (2024·湖北·模拟预测)若的二项展开式中,当且仅当第5项是二项式系数最大的项,则其展开式中的系数为( )
A.8 B.28 C.70 D.252
【巩固练习】
1.(2024·江西·二模)已知的二项展开式中只有第3项的二项式系数最大,则展开式中的常数项为( )
A.24 B.18 C.12 D.6
2(2025·广东·专练)已知的展开式中,前三项的系数依次成等差数列,则展开式中二项式系数最大的项是( )
A. B. C. D.
【题型3】 二项式系数与各项系数和问题
【典题1】 (多选)(2024·福建福州·模拟预测)已知,则( )
A.
B.
C.
D.
【巩固练习】
1. (2024·河南开封·二模)若 则 ( )
A. B. C. D.
2(2024·广东江门·一模)已知,则的值是( )
A.680 B. C.1360 D.
3(多选)(2024·江苏·模拟预测)若,则( )
A. B.
C. D.
4(多选)(2024·河南驻马店·二模)已知,则( )
A. B.
C. D.
【题型4】 二项式定理的应用
【典题1】 (2024·甘肃张掖·三模)已知今天是星期四,则天后是( )
A.星期一 B.星期二 C.星期三 D.星期五
【典题2】(2024·吉林长春·模拟预测)对于数列,称为数列的一阶差分数列,其中.对正整数,称为数列的阶差分数列,其中已知数列的首项,且为的二阶差分数列.
(1)求数列的通项公式;
(2)设为数列的一阶差分数列,对,是否都有成立?并说明理由;(其中为组合数)
(3)对于(2)中的数列,令,其中.证明:.
【巩固练习】
1. (2024·湖北·模拟预测)被9除的余数为( )
A.1 B.4 C.5 D.8
2(2024·安徽合肥·三模)某银行大额存款的年利率为,小张于2024年初存入大额存款10万元,按照复利计算8年后他能得到的本利和约为( )(单位:万元,结果保留一位小数)
A.12.6 B.12.7 C.12.8 D.12.9
3(多选)(2021·江苏南京·一模)设,下列恒等式正确的为( )
A.
B.
C.
D.
4(2024·湖北襄阳·二模)知识卡片:一般地,如果是区间上的连续函数,并且,那么.这个结论叫做微积分基本定理,又叫做牛顿—莱布尼茨公式.当,时,有如下表达式:,两边同时积分得:,从而得到如下等式:请根据以上材料所蕴含的数学思想方法,由二项式定理计算: .
5(2024·山东潍坊·二模)数列中,从第二项起,每一项与其前一项的差组成的数列称为的一阶差数列,记为,依此类推,的一阶差数列称为的二阶差数列,记为,….如果一个数列的p阶差数列是等比数列,则称数列为p阶等比数列.
(1)已知数列满足,.
(ⅰ)求,,;(ⅱ)证明:是一阶等比数列;
(2)已知数列为二阶等比数列,其前5项分别为,求及满足为整数的所有n值.
6(2024·山东淄博·二模)定义:给定一个正整数m,把它叫做模.如果用m去除任意的两个整数a与b所得的余数相同,我们就说a,b对模m同余,记作.如果余数不同,我们就说a,b对模m不同余,记作.
设集合.
(1)求;
(2)①将集合A中的元素按从小到大顺序排列后构成数列,并构造,
②将集合B中的元素按从小到大顺序排列后构成数列,并构.
请从①②中选择一个,若选择_____.
证明:数列单调递增,且有界(即存在实数M,使得数列中所有的项都不超过M).
注:若①②都作答,按第一个计分.
7(2024·云南大理·模拟预测)自然常数,符号,为数学中的一个常数,是一个无限不循环小数,且为超越数,其值约为2.71828.它是自然对数的底数.有时称它为欧拉数(Euler number),以瑞士数学家欧拉命名;也有个较为少见的名字“纳皮尔常数”,以纪念苏格兰数学家约翰・纳皮尔(John Napier)引进对数.它就像圆周率和虚数单位,是数学中最重要的常数之一,它的其中一个定义是.设数列的通项公式为,,
(1)写出数列的前三项,,.
(2)证明:.
1(2023·北京·高考真题)在的展开式中,x的系数为( )
A. B.40 C. D.80
2(2024·北京·高考真题)在的展开式中,的系数为( )
A. B. C. D.
3(2022·全国·高考真题)的展开式中的系数为 (用数字作答).
4(2024·全国·高考真题)的展开式中,各项系数中的最大值为 .
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第03讲 二项式定理
1 二项式展开式
2 二项展开式的通项公式
3 二项式系数表(杨辉三角)
展开式的二项式系数,当依次取时,二项式系数表,表中每行两端都是1,除1以外的每一个数都等于它肩上两个数的和 .
4 二项式系数的性质
(1)对称性.与首末两端“等距离”的两个二项式系数相等.
直线是图象的对称轴.
(2)增减性与最大值:
当是偶数时,中间一项取得最大值;当是奇数时,中间两项 ,取得最大值.
(3)二项式系数和:,
奇数项的系数等于偶数项的系数等于,
备注
令,则,
令 ,则,
奇数项的系数等于偶数项的系数等于.
特别提醒
1. 在运用二项式定理时一定要牢记通项公式.另外二项展开式的二项式系数与该项的(字母)系数是两个不同的概念,前者只是指,而后者是指字母外的部分.
2.在使用通项公式时,要注意通项公式是表示第项,而不是第项.
【题型1】 二项展开式的通项及其应用
角度1 求二项展开式的特定项(或系数)
【典题1】 (2024·浙江·三模)的展开式的常数项为( )
A. B. C. D.4
【答案】B
【分析】先求出展开式的通项,令指数等于0,求得,即可求解.
【详解】通项为常数项,
令可得,
所以,
故选:B.
【巩固练习】
1. (2025·广东·专练) 的展开式中,的系数为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】利用二项式展开式通项公式来求指定项系数.
【详解】由,
当,解得,
所以的系数为,
故选:A.
2(2025·全国·专练)已知,若的展开式中,常数项等于240,则( )
A.3 B.2 C.6 D.4
【答案】B
【分析】根据二项展开式的通项公式求出常数项,建立方程得解.
【详解】由二项展开式的通项公式可得,
令,解得,
即常数项为,解得.
故选:B
3(2023·四川泸州·二模)已知的展开式中存在常数项,则n的可能取值为( )
A.4 B.5 C.6 D.8
【答案】C
【分析】首先写出二项式展开的通式,根据题意存在常数项,可得,进而得到的可能取值.
【详解】二项式的展开式的通项为,
令,即,由于,故必为的倍数,即的可能取值为.
故选:C
角度2 两个二项式之积特定项(或系数)
【典题1】 (2024·山西长治·模拟预测)的展开式中的系数是( )
A.﹣10 B.0 C.10 D.30
【答案】C
【分析】根据乘法的分配律以及二项式展开式的通项公式求得正确答案.
【详解】依题意可知,含的项是
,
所以的系数是.
故选:C
【巩固练习】
1. 的展开式中,的系数为( )
A.160 B.40 C.120 D.80
【答案】B
【分析】由题意首先确定展开式的通项公式,再采用分类讨论法即可确定的系数
【详解】展开式的通项公式为,
当时,,此时只需乘以第一个因式中的,即可得到;
当时,,此时只需乘以第一个因式中的,即可得到;
据此可得:的系数为.
故选:B.
2(2024·江西·一模)的展开式中的常数项为( )
A.147 B. C.63 D.
【答案】C
【分析】根据给定条件,利用二项式定理求出展开式中项即可列式计算即得
【详解】二项式展开式中项分别为,
所以的展开式中的常数项为.
故选:C
3(2024·吉林长春·模拟预测)的展开式中的系数( )
A.28 B.35 C.36 D.56
【答案】C
【分析】先求出的展开式的通项,再分别求出展开式中项、项的系数及常数项,即可求得的展开式中项的系数.
【详解】根据题意,二项式的展开式的通项,
其中项为,,
项为,,
常数项为,,
所以展开式中项的系数为.
故选:C.
角度3 三项展开式的特定项(或系数)
【典题1】 (2024·山西太原·三模)的展开式中 的系数为( )
A.-20 B.20 C.-30 D.30
【答案】D
【分析】先把看作整体写出二项式展开的通项,再根据指定项确定的次数,最后根据指定项配凑出项的系数.
【详解】因为的展开式通项为,
当时,出现,即
此时中含的项为,
所以的系数为.
故选:D.
【巩固练习】
1. (2024·云南昆明·模拟预测)的展开式中,项的系数为( )
A.10 B. C.60 D.
【答案】C
【分析】根据题意,结合二项展开式的通项,即可求得展开式中项的系数,得到答案.
【详解】由多项式 展开式的通项为,
令,可得,
又由展开式的通项为,
当时,可得,
所以展开式中项系数为,
故选:C.
2(2024·湖南长沙·三模)在的展开式中,的系数是( )
A.168 B. C.1512 D.
【答案】D
【分析】利用多项式展开性质及组合数的应用求解即可.
【详解】原问题可以理解为8个相乘,要想得到,需要8个因式中有2个取项,1个取项,
还剩5个取常数项,由题意的系数为:.
故选:D
3(2024·湖南衡阳·一模)的展开式中的系数为( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】写出通项,令,再求展开式中系数为1时的系数,然后相乘即可;
【详解】,
项对应,,
项对应系数为,故展开后系数为.
故选:D.
【题型2】 二项式系数的性质
【典题1】 (2024·湖北·模拟预测)若的二项展开式中,当且仅当第5项是二项式系数最大的项,则其展开式中的系数为( )
A.8 B.28 C.70 D.252
【答案】D
【分析】先确定值,再由二项展开式的通项求解项的系数即可.
【详解】因为二项展开式中当且仅当第5项是二项式系数最大的项,
即二项式系数中第5个即最大,
所以由二项式系数的性质可知,
展开式中共项,,又,
则二项展开式的通项公式
,.
令,所以的系数为.
故选:D.
【巩固练习】
1.(2024·江西·二模)已知的二项展开式中只有第3项的二项式系数最大,则展开式中的常数项为( )
A.24 B.18 C.12 D.6
【答案】A
【分析】首先根据题意求得,然后结合二项式定理即可求解.
【详解】已知的二项展开式中只有第3项的二项式系数最大,则只能,
从而的展开式为,
令,解得,
所以展开式中的常数项为.
故选:A.
2(2025·广东·专练)已知的展开式中,前三项的系数依次成等差数列,则展开式中二项式系数最大的项是( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】利用二项展开式的通项求出展开式前三项的系数,列出方程求出的值,由二项式系数的性质求出答案.
【详解】展开式中的第项为,
所以前三项的系数依次为,
依题意,有,即,
整理得,解得(舍去)或.
由二项式系数的性质可知,展开式中第5项的二项式系数最大,
即.
故选:C.
【题型3】 二项式系数与各项系数和问题
【典题1】 (多选)(2024·福建福州·模拟预测)已知,则( )
A.
B.
C.
D.
【答案】AD
【分析】利用赋值法令可计算得出A正确,令可知C错误,求出展开式中一次项的系数,经计算可得B错误;构造方程组计算可得D正确.
【详解】对于A,令,即可得,可得A正确;
对于B,因为展开式中代表一次项系数,所以的展开式中含有一次项,可得,即B错误;
对于C,令,即可得,可得,所以C错误;
对于D,令,即可得,
得,得,即D正确.
故选:AD
【巩固练习】
1. (2024·河南开封·二模)若 则 ( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】使用赋值法,当分别取和时,得到和,联立解得.
【详解】令,得①;
令,得②;
得:.
故选:C
2(2024·广东江门·一模)已知,则的值是( )
A.680 B. C.1360 D.
【答案】B
【分析】利用赋值法,分别令和,将得到的两式相加,结合等比数列的求和,即可求得答案.
【详解】令,则,即
令,则,
即,
两式相加可得,
故选:B
3(多选)(2024·江苏·模拟预测)若,则( )
A. B.
C. D.
【答案】ACD
【分析】利用赋值法一一计算可判定A、D选项;利用二项式定理可判定B、C选项.
【详解】对于A,令,则,故A正确;
对于D,令,
令,
两式相减得,故D正确;
易知,
而中的常数项为1,含项为,
含项为,含项为,
同理中的常数项为,含项为,
含项为,含项为,
所以,故B错误;
,故C正确.
故选:ACD
4(多选)(2024·河南驻马店·二模)已知,则( )
A. B.
C. D.
【答案】AC
【分析】先对式子进行化简,再根据二项式定理求解即可.
【详解】依题意得,所以945,故A项正确;
令,得,令,得,所以,故B项错误;
令,得①,
又②,
由①+②可得,故C项正确;
同理,由②-①得,故D项错误.
故选:AC.
【题型4】 二项式定理的应用
【典题1】 (2024·甘肃张掖·三模)已知今天是星期四,则天后是( )
A.星期一 B.星期二 C.星期三 D.星期五
【答案】B
【分析】结合二项式展开式,求出它除以7的余数,可得结论.
【详解】,
故
.
前面7项均能被7整除,则被7整除余5,
故天后是星期二.
故选:B.
【典题2】(2024·吉林长春·模拟预测)对于数列,称为数列的一阶差分数列,其中.对正整数,称为数列的阶差分数列,其中已知数列的首项,且为的二阶差分数列.
(1)求数列的通项公式;
(2)设为数列的一阶差分数列,对,是否都有成立?并说明理由;(其中为组合数)
(3)对于(2)中的数列,令,其中.证明:.
【答案】(1);
(2)成立,理由见解析;
(3)证明见解析.
【分析】(1)由二阶差分数列的定义可得,将,可得,构造等差数列即可求解;
(2)由一阶差分数列的定义可得,要证成立,即证,根据二项式定理即可证明;
(3)作差可得,故,根据等比数列的求和公式即可证明.
【详解】(1)因为为的二阶差分数列,所以,
将,代入得,整理得,即,
所以.故数列是首项为,公差为的等差数列,
因此,,即.
(2)因为为数列的一阶差分数列,所以,
故成立,即为.①
当时,①式成立;
当时,因为,且,
所以①成立,故对都有成立.
(3),因为,所以,
故,即,
所以 .
【点睛】关键点点睛:涉及数列新定义问题,关键是正确理解给出的定义,由给定的数列结合新定义探求数列的相关性质,并进行合理的计算、分析、推理等方法综合解决.
【巩固练习】
1. (2024·湖北·模拟预测)被9除的余数为( )
A.1 B.4 C.5 D.8
【答案】B
【分析】化简得出,应用二项式展开式根据整除即可计算求出余数.
【详解】
其中是9的整数倍.
故被9除的余数为4.
故选:B.
2(2024·安徽合肥·三模)某银行大额存款的年利率为,小张于2024年初存入大额存款10万元,按照复利计算8年后他能得到的本利和约为( )(单位:万元,结果保留一位小数)
A.12.6 B.12.7 C.12.8 D.12.9
【答案】B
【分析】根据复利可知每年末本息和构成等比数列,利用等比数列通项公式及二项式定理求解即可.
【详解】存入大额存款10万元,按照复利计算,
每年末本利和是以10为首项,为公比的等比数列,
所以本利和.
故选:B.
3(2021·江苏南京·一模)设,下列恒等式正确的为( )
A.
B.
C.
D.
【答案】BC
【分析】由二项式定理可得,令即可判断A;
对式子两边求导后,令即可判断B;对B中式子两边同乘后再求导,令即可判断C,对C中式子两边同乘后再求导,令即可判断D.
【详解】解:由二项式定理可得,令可得
,所以,A不正确;
对二项式定理式子两边求导可得,
令可得,故B正确;
由B知,两边同乘可得
,两边求导可得
,
令可得,C正确;
由C可得,两边同乘可得,
,两边求导可得,
,令可得
,D不正确;
故选:BC.
【点睛】关键点睛:
本题的关键是结合二项式定理和导数的思想,通过代入进行判断.
4(2024·湖北襄阳·二模)知识卡片:一般地,如果是区间上的连续函数,并且,那么.这个结论叫做微积分基本定理,又叫做牛顿—莱布尼茨公式.当,时,有如下表达式:,两边同时积分得:,从而得到如下等式:请根据以上材料所蕴含的数学思想方法,由二项式定理计算: .
【答案】
【分析】根据微积分基本定理得到,再结合二项式定理及微积分基本定理计算可得.
【详解】因为,
且,
所以
;
,
所以.
故答案为:
【点睛】关键点点睛:本题解答的关键是对题干所给微积分基本定理的理解及应用,对于新定义型问题,理解定义是关键.
5(2024·山东潍坊·二模)数列中,从第二项起,每一项与其前一项的差组成的数列称为的一阶差数列,记为,依此类推,的一阶差数列称为的二阶差数列,记为,….如果一个数列的p阶差数列是等比数列,则称数列为p阶等比数列.
(1)已知数列满足,.
(ⅰ)求,,;
(ⅱ)证明:是一阶等比数列;
(2)已知数列为二阶等比数列,其前5项分别为,求及满足为整数的所有n值.
【答案】(1)(ⅰ),,;(ⅱ)证明见解析
(2)当时,为整数.
【分析】(1)(ⅰ)根据的定义,结合通项公式求解即可;(ⅱ)根据递推公式构造即可证明;
(2)由题意的二阶等差数列为等比数列,设公比为,可得,结合进而可得,从而分析为整数当且仅当为整数,再根据二项展开式,结合整除的性质分析即可.
【详解】(1)(ⅰ)由,易得,……
由一阶等差数列的定义得:
,,.
(ⅱ)因为,所以当时有,
所以,即,
即,又因为,故是以1为首项,2为公比的等比数列,
即是一阶等比数列.
(2)由题意的二阶等差数列为等比数列,设公比为,
则,,所以.
由题意,所以,
所以,
即.
所以为整数当且仅当为整数.
由已知时符合题意,时不合题意,
当时,,
所以原题等价于为整数,
因为①,
显然含质因子3,所以必为9的倍数,
设,则,将代入①式,
当为奇数时,为偶数,①式为2的倍数;
当为偶数时,为奇数,为偶数,①式为2的倍数,
又因为2与9互质,所以①为整数.
综上,当时,为整数.
【点睛】方法点睛:
(1)新定义的题型需要根据定义列出递推公式,结合等比等差的性质求解;
(2)考虑整除时,可考虑根据二项展开式进行讨论分析.
6(2024·山东淄博·二模)定义:给定一个正整数m,把它叫做模.如果用m去除任意的两个整数a与b所得的余数相同,我们就说a,b对模m同余,记作.如果余数不同,我们就说a,b对模m不同余,记作.
设集合.
(1)求;
(2)①将集合A中的元素按从小到大顺序排列后构成数列,并构造,
②将集合B中的元素按从小到大顺序排列后构成数列,并构.
请从①②中选择一个,若选择_____.
证明:数列单调递增,且有界(即存在实数M,使得数列中所有的项都不超过M).
注:若①②都作答,按第一个计分.
【答案】(1)
(2)证明见解析
【分析】(1)由已知定义求出集合,然后结合集合交集运算即可解题;
(2)结合所选条件,先求出,在适当放缩后,用等差等比数列,以及求和计算,然后结合单调性以及二项式定理即可判断.
【详解】(1)当成立时,则能被整除,得,
即,
当成立时,则能被整除,得,
即,则,
显然集合为全体正偶数组成的集合,集合中所有的元素都是奇数,
所以.
(2)若选择①,
将集合中的元素按从小到大排列构成的数列为等差数列,其通项公式为:
设,,
由二项式定理得:
;
;
显然,
所以数列为单调递增数列,
同时,
当时,
,
则,
且,
所以数列有界;
若选择②,
将集合中的元素按从小到大排列构成的数列为等比数列,其通项公式为
设,
显然,
所以数列单调递增,
其中,
,
所以,
所以数列有界.
【点睛】知识点点睛:本题以新定义为载体,主要考查集合交集运算,二项式定理,等差等比数列通项应用和求和方法,还考查了数列与函数单调性综合应用,属于难题.
7(2024·云南大理·模拟预测)自然常数,符号,为数学中的一个常数,是一个无限不循环小数,且为超越数,其值约为2.71828.它是自然对数的底数.有时称它为欧拉数(Euler number),以瑞士数学家欧拉命名;也有个较为少见的名字“纳皮尔常数”,以纪念苏格兰数学家约翰・纳皮尔(John Napier)引进对数.它就像圆周率和虚数单位,是数学中最重要的常数之一,它的其中一个定义是.设数列的通项公式为,,
(1)写出数列的前三项,,.
(2)证明:.
【答案】(1);;
(2)证明见解析
【分析】(1)由数列的通项公式为,直接写出即可;
(2)由二项式定理将展开变形,通过适当放缩,可证得,可得是上的单调递增数列,则;再证得,即可得到.
【详解】(1)由通项公式得,
;;.
(2)由二项式定理得
,
所以是上的单调递增数列,
因为,则;
又
,
综上可知,.
【点睛】关键点点睛:将展开,分出1后,将其放大得到,即证出是上的单调递增数列,得到,将逐步放大,得到,即可的证.
1(2023·北京·高考真题)在的展开式中,x的系数为( )
A. B.40 C. D.80
【答案】D
【分析】根据题意结合二项式定理写出的展开式的通项即可.
【详解】的展开式的通项为,
令,解得
所以的展开式中的系数为.
故选:D.
2(2024·北京·高考真题)在的展开式中,的系数为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】写出二项展开式,令,解出然后回代入二项展开式系数即可得解.
【详解】的二项展开式为,
令,解得,
故所求即为.
故选:A.
3(2022·全国·高考真题)的展开式中的系数为 (用数字作答).
【答案】-28
【分析】可化为,结合二项式展开式的通项公式求解.
【详解】因为,
所以的展开式中含的项为,
的展开式中的系数为-28
故答案为:-28
4(2024·全国·高考真题)的展开式中,各项系数中的最大值为 .
【答案】5
【分析】先设展开式中第项系数最大,则根据通项公式有,进而求出即可求解.
【详解】由题展开式通项公式为,且,
设展开式中第项系数最大,则,
,即,又,故,
所以展开式中系数最大的项是第9项,且该项系数为.
故答案为:5.
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