4.2.2 第2课时 等差数列前n项和的性质及应用-【金版新学案】2024-2025学年新教材高二数学选择性必修第二册同步课堂高效讲义配套课件(人教A版2019)

2024-11-13
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资源信息

学段 高中
学科 数学
教材版本 高中数学人教A版选择性必修第二册
年级 高二
章节 4.2.2等差数列的前n项和公式
类型 课件
知识点 -
使用场景 同步教学-新授课
学年 2024-2025
地区(省份) 全国
地区(市) -
地区(区县) -
文件格式 PPTX
文件大小 6.10 MB
发布时间 2024-11-13
更新时间 2024-11-13
作者 山东正禾大教育科技有限公司
品牌系列 金版新学案·高中同步课堂高效讲义
审核时间 2024-11-13
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来源 学科网

内容正文:

4.2.2 等差数列的前n项和公式 第2课时 等差数列前n项和的性质及应用   第四章 4.2 等差数列 知识层面 1.理解等差数列前n项和的性质并学会运用. 2.能够利用等差数列前n项和的函数性质求其前n项和的最值. 3.能在具体的问题情境中,发现数列的等差关系,并解决相 应的问题. 素养层面 通过对等差数列前n项和的性质的应用,培养数学运算、逻辑推理的素养. 知识点一 等差数列前n项和的性质 1 知识点二 等差数列前n项和的最值 2 课时测评 5 综合应用 3 内容索引 随堂演练 4 知识点一 等差数列前n项和的性质 返回 问题导思 问题1.设等差数列{an}的前n项和为Sn,公差为d,你能发现Sn,S2n-Sn,S3n-S2n的关系吗? 提示:S2n=a1+a2+…+an+an+1+…+a2n=Sn+(a1+nd)+(a2+nd)+…+(an+nd)=2Sn+n2d,同样我们发现S3n=3Sn+3n2d,这里出现了一个数列Sn,S2n-Sn=Sn+n2d,S3n-S2n=Sn+2n2d,…,是一个公差为n2d的等差数列. 问题3.公差为d,项数为2n项的等差数列{an}中,各项和S2n、奇数项之和 S奇与偶数项之和S偶分别如何表示?若项数为(2n+1)项呢? 新知构建 等差数列前n项和的性质 性质1: “片段和” 性质 (1)若Sn,S2n,S3n,…分别为等差数列{an}的前n项,前2n项,前3n项,…和,则Sn,S2n-Sn,S3n-S2n,…也成等差数列,公差为_____. (2)若数列{an}是公差为d的等差数列,则数列 也是等差数列,公差为____ 性质2: “奇偶项” 性质 (1)若等差数列的项数为2n(n∈N*),则S2n=n(an+an+1),S偶-S奇=____, =(S奇≠0). (2)若等差数列的项数为2n-1(n∈N*),则S2n-1=(2n-1)an(an是数列的中间项),S奇-S偶=an, =_______(S奇≠0) 性质3: 其它性质 (1)在等差数列中,若Sn=m,Sm=n,则Sm+n=-(m+n). (2)若{an},{bn}为等差数列,且前n项和分别为Sn,Tn,则 n2d nd 性质3: 其它性质 (1)在等差数列中,若Sn=m,Sm=n,则Sm+n=-(m+n). (2)若{an},{bn}为等差数列,且前n项和分别为Sn,Tn,则 微提醒 (1)上述性质可用于小题,大题中要先证再用.(2)性质Sn,S2n-Sn,S3n-S2n,…成等差数列,不能误解为Sn,S2n,S3n,…成等差数列. 例1 √ (2)(2024·宁夏中宁月考)已知等差数列{an}的前n项和为Sn,S2n=6,S3n=12,则Sn的值为 A.0 B.2  C.3 D.4 √ 因为Sn,S2n-Sn,S3n-S2n成等差数列,故有2(6-Sn)=Sn+(12-6),解得Sn=2.故选B. (3)已知某等差数列共有10项,其奇数项之和为15,偶数项之和为30,则其公差为 A.5 B.4 C.3 D.2 √ 规律方法 利用等差数列前n项和的性质简化计算 1.在解决等差数列问题时,先利用已知求出a1,d,再求所求是基本解法,但有时运算量大些. 2.等差数列前n项和Sn的有关性质在解题过程中,如果运用得当可以达到化繁为简、化难为易、事半功倍的效果. 3.设而不求,整体代换也是很好的解题方法. 对点练1.(1)(2024·陕西西安月考)等差数列{an}共有2n+1项,所有的奇数项之和为165,所有的偶数项之和为150,则n=________. 10 (2)(2024·江苏镇江高二期中)已知Sn是等差数列{an}的前n项和.若a1= -2 022, =6,则S2 024=________. 2 024 对点练2.(2024·湖北鄂南高二检测)已知Sn是等差数列{an}的前n项和,且S10=100,S100=10,求S110. 解:法一:设等差数列{an}的首项为a1,公差为d, 因为S10=100,S100=10, 法二:因为S10,S20-S10,S30-S20,…,S100-S90,S110-S100,…成等差数列,设公差为d,所以该数列的前10项和为10×100+ d=S100=10,解得d=-22, 所以前11项和S110=11×100+ ×(-22)=-110. 所以S110=-110. 法四:直接利用性质若Sn=m,则Sm=n,Sm+n=-(m+n),可知S110= -110. 返回 知识点二 等差数列前n项和的最值 返回 问题导思 问题4.根据上节课所学,若一个数列{an}的前n项和为Sn=-n2+5n,你能说明数列{an}的单调性吗?该数列的前n项和有最值吗? 提示:由Sn=-n2+5n求得an=-2n+6,d=-2<0,故数列{an}是递减数列,由an=-2n+6知,a1>a2>0,a3=0,0>a4>a5>…,则该数列的前n项和Sn在n=2或n=3时取到最大值. 新知构建 等差数列前n项和的最值 (1)在等差数列{an}中, 当a1>0,d<0时,Sn有最___________值,使Sn取得最值的n可由不等式组 确定; 当a1<0,d>0时,Sn有最____值,使Sn取得最值的n可由不等式组 确定. (2)Sn= ,若d≠0,则从二次函数的角度看:当d>0时,Sn有最___值;当d<0时,Sn有最___值.当n取最接近对称轴的正整数时,Sn取到最值. 大 an≥0 an+1≤0 小 an≤0 an+1≥0 小 大 在求等差数列前n项和的最值中,Sn取得最大或最小值时的n唯一吗?是否也一定在顶点处取到呢? 提示:由于n取正整数,所以Sn取得最大或最小值时的n不一定唯一(例如人教A版教材P23例9在n=5,或n=6时取最大值),同时也不一定在顶点处取到最值,而可能是在离顶点最近的横坐标取正整数的点处取到最值. 微思考 例2 (链教材P23例9)数列{an}的前n项和Sn=33n-n2. (1)求{an}的通项公式; 解:法一(公式法): 当n≥2时,an=Sn-Sn-1=33n-n2-33(n-1)+(n-1)2=34-2n, 又当n=1时,a1=S1=32=34-2×1,满足an=34-2n. 故{an}的通项公式为an=34-2n. 法二(结构特征法): 由Sn=-n2+33n知Sn是关于n的缺常数项的二次型函数,所以{an}是等差 数列,由Sn的结构特征知 解得a1=32,d=-2, 所以an=32+(n-1)×(-2)=34-2n. (2){an}的前多少项和最大. 解:法一(公式法): 令an≥0,得34-2n≥0,所以n≤17, 故数列{an}的前17项大于或等于零,又a17=0, 故数列{an}的前16项或前17项的和最大. 法二(函数性质法): 由y=-x2+33x的对称轴为x= , 距离最近的整数为16,17. 由Sn= -n2+33n的图象可知: 当n≤17时,an≥0,当n≥18时,an<0, 故数列{an}的前16项或前17项的和最大. 变式探究 1.(一题多解)(变条件)若将本例条件变为“Sn为等差数列{an}的前n项和,且a1=25,S9=S17”,求{an}的前多少项和最大及最大和的值. 解:法一:因为S9=S17,a1=25, 解得d=-2. 所以当n=13时,Sn有最大值169. 法二:同法一,求出公差d=-2. 所以an=25+(n-1)×(-2)=-2n+27. 因为a1=25>0, 又因为n∈N*,所以当n=13时,可得Sn有最大值169. 法三:因为S9=S17,所以a10+a11+…+a17=0. 由等差数列的性质得a13+a14=0. 因为a1>0,所以d<0.所以a13>0,a14<0. 所以当n=13时,可得Sn有最大值169. 法四:因为S9=S17,所以二次函数对称轴为n= =13,且开口方向 向下, 所以当n=13时,Sn取得最大值169. 2.(变条件,变设问)若将本例条件变为“Sn为等差数列{an}的前n项和,a1=-11,a3+a7=-6”,求Sn的最小值. 解:由题设,知 解得d=2, 则Sn=-11n+ ×2=n2-12n, 所以当n=6时,Sn取得最小值,Sn的最小值为-36. 规律方法 求等差数列前n项和的最值的方法 1.二次函数法:用求二次函数的最值的方法来求其前n项和的最值,但要注意n∈N+,结合二次函数图象的对称性来确定n的值,更加直观. 2.邻项变号法:当a1>0,d<0, 时,Sn取得最大值;当a1<0,d>0, 时,Sn取得最小值. 对点练3.已知数列{an}的前n项和公式为Sn=2n2-30n. (1)求出数列的通项公式,并判断这个数列是不是等差数列; 解:当n=1时,有a1=S1=-28. 当n≥2时,有an=Sn-Sn-1=2n2-30n-[2(n-1)2-30(n-1)]=4n-32. 又因为4×1-32=-28,所以n=1时an=4n-32也成立, 因此数列的通项公式为an=4n-32. 因为an+1-an=4(n+1)-32-(4n-32)=4, 所以{an}是等差数列. (2)求Sn的最小值,并求Sn取得最小值时n的值. 解:法一:因为Sn=2n2-30n=2(n2-15n)= 又因为n是正整数,所以当n=7或8时,Sn最小,最小值是2×72-30×7=-112. 法二:由an=4n-32可知数列{an}是递增的等差数列,而且首项a1= -28<0. 令an≤0,可得4n-32≤0,解得n≤8,而且a8=0. 由此可知,n=7或8时,Sn最小,最小值是 =-112. 返回 综合应用 返回 例3 等差数列前n项和的实际应用 (链教材P23例8)从4月1日开始,有一新款服装投入某商场销售.4月1日该款服装售出10件,以后每天售出的该款服装都比前一天多15件,直到4月12日销售量达到最大,然后每一天售出的该款服装都比前一天少9件. (1)记从4月1日起该款服装日销售量为an,销售天数为n,1≤n≤30,求an关于n的函数关系式; 解:设从4月1日起该款服装日销售量构成数列. 由题意知,数列a1,a2,…,a12是首项为10,公差为15的等差数列, 所以an=10+(n-1)×15=15n-5(1≤n≤12,n∈N*). 而a13,a14,a15…,a30是首项为a13=a12-9=166,公差为-9的等差数列, 所以an=166+(n-13)×(-9)=-9n+283(13≤n≤30,n∈N*). (2)求4月份该款服装的总销售量; (3)按规律,当该商场销售此服装超过1 200件时,该款服装在社会上就开始流行;当此服装的销售量连续下降,且日销售量低于100件时,则不再流行.试问该款服装在社会上流行是否超过10天?请说明理由. S13=S12+a13=1 110+166=1 276(件)>1 200(件), 故4月13日前该款服装在社会上还没有流行,但日销量不低于100件, 由-9n+283<100,得n> . 故从4月21日开始该款服装在社会上不再流行,即该款服装在社会上流行没有超过10天. 规律方法 应用等差数列解决实际问题的一般思路 对点练4.(1)朱世杰是历史上最伟大的数学家之一,他所著的《四元玉鉴》卷中“如象招数”五问中有如下问题:“今有官司差夫一千八百六十四人筑堤,只云初日差六十四人,次日转多七人.”其大意为“官府陆续派遣1 864人前往修筑堤坝,第一天派出64人,从第二天开始每天派出的人数比前一天多7人.”在该问题中的1 864人全部派遣到位需要的天数为                                           A.9 B.16 C.18 D.20 √ 根据题意设每天派出的人数组成数列{an},分析可得数列是首项a1=64,公差d=7的等差数列,设该问题中的1 864人全部派遣到位的天数为n,则64n+ ×7=1 864,依次将选项中的n值代入检验得,n=16满足方程.故选B. (2)(链教材P55T3(2))《莱茵德纸草书》是世界上最古老的数学著作之一,其中一道题目的背景是这样的:把100片面包分给5个人,使每个人分得的面包数成等差数列,且使较大的三个数之和的 是较小的两个数之和,若 将这5个数从小到大排列成递增的等差数列,则该数列的公差为____. 返回 课堂小结 知识 1.等差数列前n项和的性质.2.等差数列前n项和的最值 方法 1.等差数列前n项和的性质:简化运算,整体代换思想.2.等差数列前n项和的最值:二次函数法、邻项变号法、性质法、数形结合思想.3. 解决等差数列前n项和实际应用问题的思路:建模、解模、还原 易错 误区 1.对性质不熟导致运算繁琐.2.由于n取正整数,所以Sn取得最大或最小值时的n不一定在顶点处取到最值,而可能是在离顶点最近的横坐标取正整数的点处取到最值 随堂演练 返回 √ 1.(2024·九省适应性测试)记等差数列 的前n项和为Sn,a3+a7=6,a12=17,则S16=                                           A. 120 B. 140 C. 160 D. 180 因为a3+a7=2a5=6,所以a5=3,所以a5+a12=3+17=20,所以S16= =8(a5+a12)=160.故选C. 2.(2024·四川成都高二月考)设等差数列{an}的前n项和为Sn,若S3=9,S6=36,则a7+a8+a9=                                         A.63 B.45 C.36 D.27 √ 由等差数列前n项和的性质可知,S3,S6-S3,S9-S6构成等差数列,所以S3+(S9-S6)=2(S6-S3),即S9=3S6-3S3,又S3=9,S6=36,所以S9=3×36-3×9=81,所以a7+a8+a9=S9-S6=81-36=45.故选B. 3.(2024·天津滨海高二期末)若数列{an}的通项公式为an=45-3n,则该数列的前n项和取得最大值时,n= A.13 B.14 C.13或14 D.14或15 √ 由an=45-3n=0,得n=15,又a1=42,a2>0,…,a14>0,故n=14,或15时,Sn取得最大值.故选D. 4.在等差数列{an}中,a1=1,其前n项和为Sn,若 =2,则S10等于 A.10 B.100 C.110 D.120 √ 返回 课时测评 返回 √ 1.等差数列{an}的前n项和为Sn,S5=12,S10=48,则S15为                                        A.84 B.108 C.144 D.156 由等差数列的性质知S5,S10-S5,S15-S10也构成等差数列,所以2(S10-S5)=S5+S15-S10,所以2×(48-12)=12+S15-48,解得S15=108.故选B. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 √ 2.《算法统宗》是中国古代数学名著,由明代数学家程大位编著,它对我国民间普及珠算和数学知识起到了很大的作用.在这部著作中,许多数学问题都是以歌诀形式呈现的,“九儿问甲歌”就是其中一首:一个公公九个儿,若问生年总不知,自长排来差三岁,共年二百又零七,借问长儿多少岁,各儿岁数要详推.在这个问题中,记这位公公的第n个儿子的年龄为an,则a1等于 A.35 B.32 C.23 D.38 由题意可知,九个儿子的年龄成公差d=-3的等差数列,且九项之和为207.故S9=9a1+ d=9a1-108=207,解得a1=35.故选A. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 √ 3.等差数列 的前n项和为Sn,且S2 023>0,S2 024<0,则Sn取得最大值时,n= A.1 010 B.1 011 C.1 012 D.1 013 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 由已知得Sn=a1n+ ,对于A,S6=6a1+15d,S4=4a1+6d,S2=2a1+d,所以2S4-S2=6a1+11d≠S6,故A错误;对于B,3(S4-S2)=6a1+15d=S6,故B正确;对于C,根据片段和的性质即可得到,故C正确;对于D,根据 成等差数列, 故D正确.故选BCD. √ 5.(多选)记Sn为等差数列 的前n项和,则 A.S6=2S4-S2 B.S6=3(S4-S2) C.S2n,S4n-S2n,S6n-S4n成等差数列 D. 成等差数列 √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 √ √ 6.(多选)等差数列{an}是递增数列,满足a7=3a5,前n项和为Sn,下列选项正确的是 A.d>0 B.a1<0 C.当n=5时Sn最小 D.Sn>0时n的最小值为8 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 由题意知钢管排列方式是从上到下各层钢管数组成了一个等差数列,最上面一层钢管数为1,逐层增加1个.所以钢管总数为1+2+3+…+n= .当n=19时,S19=190,当n=20时,S20=210>200,所以当n=19时,剩余钢管根数最少,为200-190=10(根). 7.现有200根相同的钢管,把它们堆成正三角形垛,要使剩余的钢管尽可能少,那么剩余钢管的根数为________. 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 8.在等差数列{an}中,a1=7,公差为d,前n项和为Sn,当且仅当n=8 时,Sn取得最大值,则公差d的取值范围是_________. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 10.(10分)某人用分期付款的方式购买一件家电,价格为1 150元,购买当天先付150元,以后每月的这一天都交付50元,并加付欠款利息,月利率为1%.若交付150元后的一个月开始算分期付款的第一个月,则分期付款的第10个月该交付多少钱?全部贷款付清后,买这件家电实际花费多少钱? 解:设每次交款数额依次为a1,a2,…,a20,则a1=50+1 000×1%=60(元), a2=50+(1 000-50)×1%=59.5(元), … a10=50+(1 000-9×50)×1%=55.5(元), 即第10个月应付款55.5元. 由题知,20个月贷款还清. 由于{an}是以60为首项,以-0.5为公差的等差数列, 所以有S20= ×20=1 105(元), 即全部付清后实际付款1 105+150=1 255(元). 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 √ 11.(2023·新课标Ⅰ卷)记Sn为数列{an}的前n项和,设甲:{an}为等差数列;乙: 为等差数列,则 A.甲是乙的充分条件但不是必要条件 B.甲是乙的必要条件但不是充分条件 C.甲是乙的充要条件 D.甲既不是乙的充分条件也不是乙的必要条件 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 √ 12.设Sn为等差数列{an}的前n项和,(n+1)Sn<nSn+1.若 <-1,则 A.Sn的最大值是S8 B.Sn的最小值是S8 C.Sn的最大值是S7 D.Sn的最小值是S7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 13.(多选)已知两个等差数列{an}和{bn}的前n项和分别为An和Bn,且 ,则使得 为整数的正整数n可以是 A.1 B.2 C.3 D.6 √ √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 14.(10分)已知数列{an}是等差数列,Sn是{an}的前n项和,a8=4,________. (1)判断2 024是否是数列{an}中的项,并说明理由;(4分) 解:若选①, 设数列{an}的公差为d, 所以an=a1+(n-1)d=-17+(n-1)×3=3n-20. 令3n-20=2 024,得n=681 ∉N*, 所以2 024不是数列{an}中的项. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 设数列{an}的公差为d, 所以an=-10+(n-1)×2=2n-12. 令2n-12=2 024,解得n=1 018∈N*, 所以2 024是数列{an}中的项. 若选②, 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 (2)求Sn的最小值. 从①S11=-22,②S5=S6中任选一个,补充在上面的问题中并作答.(6分) 解:令an=3n-20>0,解得n> , 所以当n≤6时,an<0. 故当n=6时,Sn取到最小值, 为S6=6a1+15d=-57. 令2n-12>0,得n>6, 所以当n≤6时,an≤0. 故当n=6,或n=5时,Sn取到最小值, 为S5=S6=6×(-10)+ ×2=-30. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 15.(5分)(2024·江苏连云港期末)风雨桥(如图 ①所示)是侗族最具特色的民间建筑之一.风 雨桥由桥、塔、亭组成.其中亭、塔的俯视 图通常是正方形、正六边形或正八边形.图②是某风雨桥亭的大致俯视图,其中正六边形的边长的计算方法如下:A1B1=A0B0-B0B1,A2B2=A1B1-B1B2,…,AnBn=An-1Bn-1-Bn-1Bn,其中B3B4=B2B3=B1B2=B0B1,n∈N*.已知该风雨桥亭共5层,若A0B0=8 m,B0B1=0.5 m,则图②中的五个正六边形的周长总和为 A.120 m B.210 m C.130 m D.310 m √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 由已知得AnBn=An-1Bn-1-Bn-1Bn (n≤4且n∈N*),B3B4=B2B3=B1B2=B0B1=0.5 m,易知图②中五个正六边形的边长(单位:m)构成以a1=8为首项,d=-0.5为公差的等差数列 .设数列 (k∈N*,1≤k≤5)的前5项和为S5,则S5=5a1+ ×5×4×d=5×8- ×5×4×0.5=35,所以图②中的五个正六边形的周长总和为6S5=6×35=210 m.故选B. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 16.(15分)在数列{an}中,an+1+an=2n-44(n∈N*),a1=-23. (1)求数列{an}的通项公式;(5分) 解:由an+1+an=2n-44(n∈N*), 得an+2+an+1=2(n+1)-44, 所以an+2-an=2. 又a2+a1=2-44=-42,所以a2=-19. 同理可得a3=-21,a4=-17. 由an+2-an=2可得a1,a3,a5,…是以a1为首项,2为公差的等差数列,a2,a4,a6,…是以a2为首项,2为公差的等差数列, 所以an= 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 (2)设数列{an}的前n项和为Sn,求Sn的最小值.(10分) 解:当n为偶数时, Sn=(a1+a2)+(a3+a4)+…+(an-1+an) =(2×1-44)+(2×3-44)+…+[2×(n-1)-44] =2[1+3+…+(n-1)]- ×44 = -22n= (n-22)2-242, 故当n=22时,Sn取得最小值-242. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 当n为奇数时, Sn=a1+(a2+a3)+(a4+a5)+…+(an-1+an) =a1+(2×2-44)+…+[2×(n-1)-44] =a1+2[2+4+…+(n-1)]+ ×(-44) =-23+ -22(n-1) 故当n=21,或n=23时,Sn取得最小值-243. 综上,当n为偶数时,Sn取得最小值-242;当n为奇数时,Sn取得最小值 -243. 返回 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 谢 谢 观 看 ! 第 四 章   数 列 返回 = =, =, =·. (1)已知等差数列{an}的前n项和为Sn,公差为d,若-=100,则d的值为                                          A.1 B. C. D. 因为等差数列共有2n+1项,所以由=得,=,解得n=10. - n2+n -, - ,, = $$

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4.2.2 第2课时 等差数列前n项和的性质及应用-【金版新学案】2024-2025学年新教材高二数学选择性必修第二册同步课堂高效讲义配套课件(人教A版2019)
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