内容正文:
6.1平面向量的概念
【题型归纳目录】
题型一:向量的基本概念
题型二:向量的表示方法
题型三:利用向量相等或共线进行证明
题型四:向量知识在实际问题中的简单应用
【思维导图】
【知识点梳理】
知识点一:向量的概念
1、向量:既有大小又有方向的量叫做向量.
2、数量:只有大小,没有方向的量(如年龄、身高、长度、面积、体积和质量等),称为数量.
知识点诠释:
(1)本书所学向量是自由向量,即只有大小和方向,而无特定的位置,这样的向量可以作任意平移.
(2)看一个量是否为向量,就要看它是否具备了大小和方向两个要素.
(3)向量与数量的区别:数量与数量之间可以比较大小,而向量与向量之间不能比较大小.
题型一:向量的基本概念
【例1】下列关于向量的说法正确的是( )
A.物理学中的摩擦力、重力都是向量 B.平面直角坐标系上的轴、轴都是向量
C.温度含零上和零下温度,所以温度是向量 D.身高是一个向量
【答案】A
【解析】对于A,摩擦力和重力都及有大小,也有方向,所以摩擦力,重力都是向量,A正确;
对于B,轴,轴有方向,但没有大小,所以它们都不是向量,B错误;
对于C,温度只有大小,没有方向,所以温度不是向量,C错误;
对于D,身高只有大小,没有方向,所以身高不是向量,D错误;
故选:A.
【变式1-1】下列各量中是向量的为( )
A.海拔 B.压强 C.重力 D.温度
【答案】C
【解析】向量是既有大小,又有方向的量,
因为海拔,压强,温度只有大小,没有方向,重力既有大小,又有方向,
所以重力是向量,
故选:.
【变式1-2】下列物理量:①质量;②速度;③位移;④力;⑤加速度;⑥路程;⑦密度.其中是向量的有( )
A.2个 B.3个 C.4个 D.5个
【答案】C
【解析】是向量的有②速度;③位移;④力;⑤加速度;是数量的有①质量;⑥路程;⑦密度.
故选:C.
【变式1-3】下列量中是向量的为( )
A.频率 B.拉力 C.体积 D.距离
【答案】B
【解析】显然频率、体积、距离,它们只有大小,不是向量,而拉力既有大小,又有方向,所以拉力是向量.
故选:B
知识点二:向量的表示法
1、有向线段:具有方向的线段叫做有向线段,有向线段包含三个要素:起点、方向、长度.
2、向量的表示方法:
(1)字母表示法:如等.
(2)几何表示法:以A为始点,B为终点作有向线段(注意始点一定要写在终点的前面).如果用一条有向线段表示向量,通常我们就说向量.
知识点诠释:
(1)用字母表示向量便于向量运算;
(2)用有向线段来表示向量,显示了图形的直观性.应该注意的是有向线段是向量的表示,不是说向量就是有向线段.由于向量只含有大小和方向两个要素,用有向线段表示向量时,与它的始点的位置无关,即同向且等长的有向线段表示同一向量或相等的向量.
题型二:向量的表示方法
【例2】已知飞机从A地按北偏东30°的方向飞行2000km到达B地,再从B地按南偏东30°的方向飞行2000km到达C地,再从C地按西南方向飞行km到达D地.
(1)作出向量,,,;
(2)问D地在A地的什么方向?D地距A地多远?
【解析】(1)由题意,作出向量,,,,如图所示.
(2)依题意知,为正三角形,所以.
又因为,,
所以为等腰直角三角形,则,,
所以地在地的东南方向,距地.
【变式2-1】在方格纸(每个小方格的边长为1)中,画出下列向量.
(1),点在点的正东方向;
(2),点在点的北偏东方向;
(3)求出的值.
【解析】(1)所求向量如图所示:
(2)所求向量如图所示:
(3)由图知,是等腰直角三角形,所以.
【变式2-2】如图,某人从点A出发,向西走了200m后到达B点,然后改变方向,沿北偏西一定角度的某方向行走了到达C点,最后又改变方向,向东走了200m到达D点,发现D点在B点的正北方.
(1)作出、、(图中1个单位长度表示100m);
(2)求的模.
【解析】(1)根据题意可知,B点在坐标系中的坐标为,
又因为D点在B点的正北方,所以,
又,所以,即D、 C两点在坐标系中的坐标为,;
即可作出、、如下图所示.
(2)如图,作出向量,
由题意可知,且,
所以四边形是平行四边形,
则,
所以的模为
【变式2-3】在平面直角坐标系中,已知,与x轴的正方向所成的角为30°,与y轴的正方向所成的角为120°,试作出.
【解析】如图,根据方位角及长度来确定.
知识点三:向量的有关概念
1、向量的模:向量的大小叫向量的模(就是用来表示向量的有向线段的长度).
知识点诠释:
(1)向量的模.
(2)向量不能比较大小,但是实数,可以比较大小.
2、零向量:长度为零的向量叫零向量.记作,它的方向是任意的.
3、单位向量:长度等于1个单位的向量.
知识点诠释:
(1)在画单位向量时,长度1可以根据需要任意设定;
(2)将一个向量除以它的模,得到的向量就是一个单位向量,并且它的方向与该向量相同.
(3)相等向量:长度相等且方向相同的向量.
知识点诠释:
在平面内,相等的向量有无数多个,它们的方向相同且长度相等.
知识点四:向量的共线或平行
方向相同或相反的非零向量,叫共线向量(共线向量又称为平行向量).
规定:与任一向量共线.
知识点诠释:
1、零向量的方向是任意的,注意与0的含义与书写区别.
2、平行向量可以在同一直线上,要区别于两平行线的位置关系;共线向量可以相互平行,要区别于在同一直线上的线段的位置关系.
3、共线向量与相等向量的关系:相等向量一定是共线向量,但共线向量不一定是相等的向量.
题型三:利用向量相等或共线进行证明
【例3】如图所示,在平行四边形中,,分别是,的中点.
(1)写出与向量共线的向量;
(2)求证:.
【解析】(1)因为在平行四边形中,,分别是,的中点,,,
所以四边形为平行四边形,所以.
所以与向量共线的向量为:,,.
(2)证明:在平行四边形中,,.
因为,分别是,的中点,
所以且,
所以四边形是平行四边形,
所以,,
故.
【变式3-1】如图,四边形ABCD是平行四边形,四边形ABDE是矩形.
(1)找出与相等的向量;
(2)找出与共线的向量.
【解析】(1)由四边形ABCD是平行四边形,四边形ABDE是矩形知,
与的长度相等且方向相同,所以与相等的向量为.
(2)由题干图可知,与方向相同,与方向相反,
所以与共线的向量有.
【变式3-2】设O是正六边形的中心,写出满足条件的向量.
(1)与相等的向量;
(2)与相等的向量;
(3)与的模相等且平行的向量(除外).
【解析】(1)相等向量为大小相等方向相同的向量,所以;
(2)相等向量为大小相等方向相同的向量,所以
(3)相等向量为大小相等方向相同的向量,所以、、、、、.
【变式3-3】在平行四边形ABCD中,E、F分别是CD、AB的中点,如图所示.
(1)写出与向量平行的向量;
(2)求证:.
【解析】(1)与向量平行的向量有,,.
(2)在平行四边形ABCD中,,,
因为E,F分别是CD,AB的中点,
所以且,
所以四边形BFDE是平行四边形,
故.
题型四:向量知识在实际问题中的简单应用
【例4】如图,某船从点O出发沿北偏东30°的方向行驶至点A处,求该船航行向量的长度(单位:n mile).
【解析】由题意,
所以向量的长度为2 n mile.
【变式4-1】已知飞机从地按北偏东方向飞行到达地,再从地按南偏东方向飞行到达地,再从地按西南方向飞行到达地.画图表示向量,并指出向量的模和方向.
【解析】以为原点,正东方向为轴正方向,正北方向为轴正方向建立直角坐标系.
由题意知点在第一象限,点在x轴正半轴上,点在第四象限,
向量如图所示,
由已知可得,
为正三角形,所以.
又,,
所以为等腰直角三角形,
所以,.
故向量的模为,方向为东南方向.
【变式4-2】飞机从A地按北偏西15°的方向飞行到达B地,再从B地按南偏东75°的方向飞行到达C地,那么C地在A地什么方向上?C地距A地多远?
【解析】由题图所示,表示飞机从A地按北偏西15°方向飞行到B地的位移,则.
表示飞机从B地按南偏东75°方向飞行到C地的位移,则.
所以为飞机从A地到C地的位移.
在中,,且,
故为等边三角形,所以,.
所以C地在A地北偏东方向上,距A地.
【变式4-3】一名模型赛车手遥控一辆赛车,称先前进1 m,然后原地逆时针转动角为一次操作.
(1)当时,至少需要几次操作,赛车才可以回到出发点?按照适当的比例作图加以说明.
(2)如果,且按此操作,赛车能够回到出发点,那么应该满足什么条件?
【解析】(1)因为
属于至少需要8次操作,赛车可以回到出发点,如图所示.
(2),要使赛车回到出发点,则赛车走过的是一个正多边形路径,考虑外角和为,故每次转动的角度应该是除以一个正整数所得的商,即.
【强化训练】
1.已知是平面内四个不同的点,则“”是“四边形为平行四边形”的( )
A.充分而不必要条件 B.必要而不充分条件
C.充分必要条件 D.既不充分也不必要条件
【答案】B
【解析】一方面,时,可能共线,此时不构成四边形,充分性不成立;
另一方面,四边形为平行四边形时,则,故,必要性成立.
故“”是“四边形为平行四边形”的必要不充分条件.
故选:B
2.已知四边形,下列说法正确的是( )
A.若,则四边形为平行四边形
B.若,则四边形为矩形
C.若,且,则四边形为矩形
D.若,且,则四边形为梯形
【答案】A
【解析】A选项,若,则且,则四边形为平行四边形,正确;
选项,如图
,但是四边形不是矩形,错误;
选项,若,且,则四边形可以是等腰梯形,也可以是矩形,故错误.
选项,若,且,则四边形可以是平行四边形,也可以是梯形,故错误.
故选:A
3.如图,等腰梯形中,对角线与交于点,点、分别在两腰、上,过点,且,则下列等式中成立的是( )
A. B.
C. D.
【答案】D
【解析】在等腰梯形中,、不平行,、不平行,AB均错;
因为,则,则,则,
即,即,
,则,,即为的中点,
所以,,C错,D对.
故选:D.
4.下列命题中,正确的是( )
A.若,,则
B.若,,则
C.若两个单位向量互相平行,则这两个单位向量相等
D.若,则与方向相同或相反
【答案】B
【解析】对于A选项: 平行于任何向量,若,满足,,但不一定满足,故A错;
对于B选项:根据向量传递性,正确;
对于C选项:两个单位向量互相平行,这两个单位向量相等或相反(大小相等,方向完全相反),故C错;
对于D选项:零向量与任何非零向量都平行,且零向量的方向任意.如果中有一个是零向量,那么方向相同或相反,或者不同,故D错.
故选:B.
5.如图,在矩形ABCD中,AB=2AD,M,N分别为AB与CD的中点,则在以A,B,C,D,M,N为起点和终点的所有向量中,相等向量的对数为( )
A.9 B.11
C.18 D.24
【答案】D
【解析】如图,
由已知可得,
,,,,
有12对相等的向量,
改变其方向,又有12对相等的向量,共24对,
故选:D.
6.下列说法:
①若两个空间向量相等,则表示它们有向线段的起点相同,终点也相同;
②若向量,满足,且与同向,则;
③若两个非零向量与满足,则,为相反向量;
④的充要条件是A与C重合,B与D重合.
其中错误的个数为( )
A.1 B.2 C.3 D.4
【答案】C
【解析】①错误.两个空间向量相等,其模相等且方向相同,但与起点和终点的位置无关.
②错误.向量的模可以比较大小,但向量不能比较大小.
③正确. ,得,且,为非零向量,所以,为相反向量.
④错误. 由,知,且与同向,但A与C,B与D不一定重合.
故选:C
7.(多选题)下列说法错误的是( )
A.两个有共同起点且相等的向量,其终点可能不同
B.若非零向量与是共线向量,则四点共线
C.若非零向量与共线,则
D.若,则
【答案】ABC
【解析】对于A,两个有共同起点且相等的向量,其终点相同,A错误;
对于B,如平行四边形中,与共线,但四点不共线,B错误;
对于C,两个非零向量共线,说明这两个向量方向相同或相反,而两个向量相等是说这两个向量大小相等,方向相同,因而共线向量不一定是相等向量,但相等向量却一定是共线向量,C错误;
对于D,向量相等,即大小相等、方向相同,D正确.
故选:ABC.
8.(多选题)如图,在菱形中,若,则以下说法中正确的是( )
A.与不平行
B.的模恰为模的倍
C.与的模相等的向量有9个(不含)
D.与相等的向量只有一个(不含)
【答案】BCD
【解析】对于选项A:向量与的方向是相反的,是平行向量,故A错误;
对于选项B:因为,则,
所以的模恰为模的倍,故B正确;
对于选项C:根据菱形的性质结合,可知对角线与菱形的边长相等,
故与的模相等的向量有,,,,,,,,,共9个向量,故C正确;
对于选项D:与相等的向量需要方向相同,模相等,只有,故D正确;
故选:BCD.
9.(多选题)如图,在菱形中,,则以下说法正确的是( )
A.与相等的向量只有1个(不含)
B.与的模相等的向量有9个(不含)
C.的模恰为的模的倍
D.与不相等
【答案】ABC
【解析】由于,因此与相等的向量只有,而与的模相等的向量有,,,,,,,,,故A,B正确;
而在中,,,故,故C正确;
由于,因此与是相等的,故D错误.
故选:ABC
10.下列说法正确的是 .(填序号)
①若,则;
②若,则;
③若,则与共线;
④若,则一定不与共线.
【答案】③
【解析】对于①,若,则可知共线,不一定有,也可能,因此①错误;
对于②,若,但的方向不一定相同,因此②错误;
对于③,若,则与共线,显然③正确;
对于④,若,则可能,此时与共线,所以④错误.
故答案为:③
11.在下列判断中,真命题的是 .
①长度为的向量都是零向量;②零向量的方向都是相同的;③单位向量的长度都相等;④单位向量都是同方向;⑤任意向量与零向量都共线.
【答案】①③⑤
【解析】对①:由定义知①正确;
对②:由于两个零向量是平行的,但不能确定是否同向,也不能确定是哪个具体方向,故②不正确;
对③:根据定义可知单位向量的长度都为1,故③正确;
对④:单位向量方向可以不同,故④错误;
对⑤:任意向量与零向量都共线,故⑤正确;
故答案为:①③⑤.
12.下列五个命题:
①向量与共线,则必在同一条直线上;
②如果向量与平行,则与方向相同或相反;
③四边形P1P2OA是平行四边形的充要条件是;
④若,则、的长度相等且方向相同或相反;
⑤由于零向量方向不确定,故零向量与任何向量不平行.
其中正确的命题有 个.
【答案】0
【解析】对于①,向量与共线,则直线与直线可能平行,故①错;
对于②,若为零向量,零向量与任意向量平行,故②错;
对于③,,则四点可能共线,故③错;
对于④,,只能说明、的长度相等但确定不了方向,故④错;
对于⑤,零向量与任何向量平行,故⑤错.
所以正确的命题有0个,
故答案为:0
13.已知飞机从A地按北偏东30°的方向飞行2000km到达B地,再从B地按南偏东30°的方向飞行2000km到达C地,再从C地按西南方向飞行km到达D地.
(1)作出向量,,,;
(2)问D地在A地的什么方向?D地距A地多远?
【解析】(1)由题意,作出向量,,,,如图所示.
(2)依题意知,为正三角形,所以.
又因为,,
所以为等腰直角三角形,则,,
所以地在地的东南方向,距地.
14.中国象棋中的“马”走“日”.如图是一个棋盘,当“马”自点A走“一步”后的落点可以为点、或,表示该“马”走“一步”的向量为、或,它们是相等的向量吗?在图中分别用向量表示当“马”在点B处各走“一步”的情形.
【解析】,,,这三个向量的方向不同,不相等,
如图,马在点走一步的向量为:.
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6.1平面向量的概念
【题型归纳目录】
题型一:向量的基本概念
题型二:向量的表示方法
题型三:利用向量相等或共线进行证明
题型四:向量知识在实际问题中的简单应用
【思维导图】
【知识点梳理】
知识点一:向量的概念
1、向量:既有大小又有方向的量叫做向量.
2、数量:只有大小,没有方向的量(如年龄、身高、长度、面积、体积和质量等),称为数量.
知识点诠释:
(1)本书所学向量是自由向量,即只有大小和方向,而无特定的位置,这样的向量可以作任意平移.
(2)看一个量是否为向量,就要看它是否具备了大小和方向两个要素.
(3)向量与数量的区别:数量与数量之间可以比较大小,而向量与向量之间不能比较大小.
题型一:向量的基本概念
【例1】下列关于向量的说法正确的是( )
A.物理学中的摩擦力、重力都是向量 B.平面直角坐标系上的轴、轴都是向量
C.温度含零上和零下温度,所以温度是向量 D.身高是一个向量
【变式1-1】下列各量中是向量的为( )
A.海拔 B.压强 C.重力 D.温度
【变式1-2】下列物理量:①质量;②速度;③位移;④力;⑤加速度;⑥路程;⑦密度.其中是向量的有( )
A.2个 B.3个 C.4个 D.5个
【变式1-3】下列量中是向量的为( )
A.频率 B.拉力 C.体积 D.距离
知识点二:向量的表示法
1、有向线段:具有方向的线段叫做有向线段,有向线段包含三个要素:起点、方向、长度.
2、向量的表示方法:
(1)字母表示法:如等.
(2)几何表示法:以A为始点,B为终点作有向线段(注意始点一定要写在终点的前面).如果用一条有向线段表示向量,通常我们就说向量.
知识点诠释:
(1)用字母表示向量便于向量运算;
(2)用有向线段来表示向量,显示了图形的直观性.应该注意的是有向线段是向量的表示,不是说向量就是有向线段.由于向量只含有大小和方向两个要素,用有向线段表示向量时,与它的始点的位置无关,即同向且等长的有向线段表示同一向量或相等的向量.
题型二:向量的表示方法
【例2】已知飞机从A地按北偏东30°的方向飞行2000km到达B地,再从B地按南偏东30°的方向飞行2000km到达C地,再从C地按西南方向飞行km到达D地.
(1)作出向量,,,;
(2)问D地在A地的什么方向?D地距A地多远?
【变式2-1】在方格纸(每个小方格的边长为1)中,画出下列向量.
(1),点在点的正东方向;
(2),点在点的北偏东方向;
(3)求出的值.
【变式2-2】如图,某人从点A出发,向西走了200m后到达B点,然后改变方向,沿北偏西一定角度的某方向行走了到达C点,最后又改变方向,向东走了200m到达D点,发现D点在B点的正北方.
(1)作出、、(图中1个单位长度表示100m);
(2)求的模.
【变式2-3】在平面直角坐标系中,已知,与x轴的正方向所成的角为30°,与y轴的正方向所成的角为120°,试作出.
知识点三:向量的有关概念
1、向量的模:向量的大小叫向量的模(就是用来表示向量的有向线段的长度).
知识点诠释:
(1)向量的模.
(2)向量不能比较大小,但是实数,可以比较大小.
2、零向量:长度为零的向量叫零向量.记作,它的方向是任意的.
3、单位向量:长度等于1个单位的向量.
知识点诠释:
(1)在画单位向量时,长度1可以根据需要任意设定;
(2)将一个向量除以它的模,得到的向量就是一个单位向量,并且它的方向与该向量相同.
(3)相等向量:长度相等且方向相同的向量.
知识点诠释:
在平面内,相等的向量有无数多个,它们的方向相同且长度相等.
知识点四:向量的共线或平行
方向相同或相反的非零向量,叫共线向量(共线向量又称为平行向量).
规定:与任一向量共线.
知识点诠释:
1、零向量的方向是任意的,注意与0的含义与书写区别.
2、平行向量可以在同一直线上,要区别于两平行线的位置关系;共线向量可以相互平行,要区别于在同一直线上的线段的位置关系.
3、共线向量与相等向量的关系:相等向量一定是共线向量,但共线向量不一定是相等的向量.
题型三:利用向量相等或共线进行证明
【例3】如图所示,在平行四边形中,,分别是,的中点.
(1)写出与向量共线的向量;
(2)求证:.
【变式3-1】如图,四边形ABCD是平行四边形,四边形ABDE是矩形.
(1)找出与相等的向量;
(2)找出与共线的向量.
【变式3-2】设O是正六边形的中心,写出满足条件的向量.
(1)与相等的向量;
(2)与相等的向量;
(3)与的模相等且平行的向量(除外).
【变式3-3】在平行四边形ABCD中,E、F分别是CD、AB的中点,如图所示.
(1)写出与向量平行的向量;
(2)求证:.
题型四:向量知识在实际问题中的简单应用
【例4】如图,某船从点O出发沿北偏东30°的方向行驶至点A处,求该船航行向量的长度(单位:n mile).
【变式4-1】已知飞机从地按北偏东方向飞行到达地,再从地按南偏东方向飞行到达地,再从地按西南方向飞行到达地.画图表示向量,并指出向量的模和方向.
【变式4-2】飞机从A地按北偏西15°的方向飞行到达B地,再从B地按南偏东75°的方向飞行到达C地,那么C地在A地什么方向上?C地距A地多远?
【变式4-3】一名模型赛车手遥控一辆赛车,称先前进1 m,然后原地逆时针转动角为一次操作.
(1)当时,至少需要几次操作,赛车才可以回到出发点?按照适当的比例作图加以说明.
(2)如果,且按此操作,赛车能够回到出发点,那么应该满足什么条件?
【强化训练】
1.已知是平面内四个不同的点,则“”是“四边形为平行四边形”的( )
A.充分而不必要条件 B.必要而不充分条件
C.充分必要条件 D.既不充分也不必要条件
2.已知四边形,下列说法正确的是( )
A.若,则四边形为平行四边形
B.若,则四边形为矩形
C.若,且,则四边形为矩形
D.若,且,则四边形为梯形
3.如图,等腰梯形中,对角线与交于点,点、分别在两腰、上,过点,且,则下列等式中成立的是( )
A. B.
C. D.
4.下列命题中,正确的是( )
A.若,,则
B.若,,则
C.若两个单位向量互相平行,则这两个单位向量相等
D.若,则与方向相同或相反
5.如图,在矩形ABCD中,AB=2AD,M,N分别为AB与CD的中点,则在以A,B,C,D,M,N为起点和终点的所有向量中,相等向量的对数为( )
A.9 B.11
C.18 D.24
6.下列说法:
①若两个空间向量相等,则表示它们有向线段的起点相同,终点也相同;
②若向量,满足,且与同向,则;
③若两个非零向量与满足,则,为相反向量;
④的充要条件是A与C重合,B与D重合.
其中错误的个数为( )
A.1 B.2 C.3 D.4
7.(多选题)下列说法错误的是( )
A.两个有共同起点且相等的向量,其终点可能不同
B.若非零向量与是共线向量,则四点共线
C.若非零向量与共线,则
D.若,则
8.(多选题)如图,在菱形中,若,则以下说法中正确的是( )
A.与不平行
B.的模恰为模的倍
C.与的模相等的向量有9个(不含)
D.与相等的向量只有一个(不含)
9.(多选题)如图,在菱形中,,则以下说法正确的是( )
A.与相等的向量只有1个(不含)
B.与的模相等的向量有9个(不含)
C.的模恰为的模的倍
D.与不相等
10.下列说法正确的是 .(填序号)
①若,则;
②若,则;
③若,则与共线;
④若,则一定不与共线.
11.在下列判断中,真命题的是 .
①长度为的向量都是零向量;②零向量的方向都是相同的;③单位向量的长度都相等;④单位向量都是同方向;⑤任意向量与零向量都共线.
12.下列五个命题:
①向量与共线,则必在同一条直线上;
②如果向量与平行,则与方向相同或相反;
③四边形P1P2OA是平行四边形的充要条件是;
④若,则、的长度相等且方向相同或相反;
⑤由于零向量方向不确定,故零向量与任何向量不平行.
其中正确的命题有 个.
13.已知飞机从A地按北偏东30°的方向飞行2000km到达B地,再从B地按南偏东30°的方向飞行2000km到达C地,再从C地按西南方向飞行km到达D地.
(1)作出向量,,,;
(2)问D地在A地的什么方向?D地距A地多远?
14.中国象棋中的“马”走“日”.如图是一个棋盘,当“马”自点A走“一步”后的落点可以为点、或,表示该“马”走“一步”的向量为、或,它们是相等的向量吗?在图中分别用向量表示当“马”在点B处各走“一步”的情形.
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