内容正文:
专题3.2对数
教学目标
1.借助指数式与对数式的互化及应用对数的性质解题,培养数学运算素养.
2.借助对数的运算性质化简、求值,培养数学运算素养.
3.通过学习换底公式,培养逻辑推理素养.
教学重难点
教学重点:
①理解对数的概念及运算性质,掌握对数的性质,能进行简单的对数计算.
②理解指数式与对数式的等价关系,会进行对数式与指数式的互化.
③理解常用对数、自然对数的概念及记法.
教学难点:
①能用换底公式将一般对数转化成自然对数或常用对数.
②会运用运算性质进行一些简单的化简与证明.
知识点01对数的概念
1、对数的概念:一般地,如果(,且),那么数 ,记作 ,其中叫做对数的底数,叫做真数.
特别的:规定,且的原因:
①当时,取某些值时,的值不存在,如:是不存在的.
②当时,当时,的值不存在,如:是不成立的;当时,则的取值时任意的,不是唯一的.
③当时,当,则的值不存在;当时,则的取值时任意的,不是唯一的.
【即学即练】使式子有意义的的取值范围是( )
A. B. C. D.
知识点02 常用对数与自然对数
①常用对数:将以10为底的对数叫做常用对数,并把记为
②自然对数:是一个重要的常数,是无理数,它的近似值为2.718 28.把以为底的对数称为自然对数,并把记作
说明:“”同+、-、×等符号一样,表示一种运算,即已知一个底数和它的幂求指数的运算,这种运算叫对数运算,不过对数运算的符号写在数的前面.
知识点03指数式与对数式的相互转化
当且,
【即学即练】若,则( )
A.26 B.24 C.22 D.20
知识点04对数的性质
①负数和零没有对数.
②对于任意的且,都有,,;
③对数恒等式:
【即学即练】( )
A.-5 B. C. D.5
知识点05对数的运算性质
当且,,
①
②
③()
④()
⑤()
【即学即练】计算:( )
A.-2 B.0 C.1 D.2
知识点06对数的换底公式
换底公式: (且,,,且)
特别的:
【即学即练】已知,若,则( )
A. B.3 C.6 D.9
题型01对数概念判断与求值
【典例1】若代数式有意义,则实数的取值范围为( )
A. B.
C. D.
【变式1】若对数式有意义,则实数的取值范围是( )
A. B. C. D.
【变式2】,则( )
A.0 B.1 C.5 D.625
【变式3】若对数有意义,则的取值范围是 .
【变式4】 .
题型02指数式与对数式相互转化
【典例1】将下列指数式与对数式互化:
(1),指数式为 ;
(2),指数式为 ;
(3),对数式为 ;
(4),对数式为 .
【变式1】将下列指数式与对数式互化:
(1),对数式为 ;
(2),对数式为 ;
(3),指数式为 ;
(4),指数式为 .
【变式2】若,则 .
【变式3】若,则 .
【变式4】将下列指数式改为对数式:
(1),对数式为 ;
(2),对数式为 ;
(3),对数式为 ;
(4),对数式为 .
题型03对数运算
【典例1】已知,,试用,表示 .
【变式1】已知,则的最小值为 .
【变式2】已知,,则用a、b表示 .
【变式3】实数,满足,则的最小值为 .
【变式4】方程的解 .
题型04对数运算性质的应用
【典例1】若,,试用a,b表示 .
【变式1】设实数,若,则 .
【变式2】,则的值为 .
【变式3】已知,,用a及b表示 .
【变式4】 .
题型05 换底公式的应用
【典例1】已知,,则 .
【变式1】若,则 .
【变式2】已知,,则 .
【变式3】已知,则= .
【变式4】已知,则 .
换底公式:(且,,,且)
特别的:
题型06对数方程求解
【典例1】已知,,若,则 .
【变式1】已知,则( )
A.1 B.4 C.1或4 D.2
【变式2】若,则 .
【变式3】已知正实数满足,则 .
【变式4】求下列各式中的的值.
(1);
(2).
题型07 有附加条件对数求值问题
【典例1】已知,则 .
【变式1】已知,则的值为( )
A.15 B. C. D.
【变式2】若 则 ( )
A.1 B.
C. D.2
【变式3】已知 ,且 ,则 ( )
A. B. C. D.
题型08对数的实际应用
【典例1】噪声污染问题越来越受到重视.声压级(Sound pressure level)是描述声音强度的物理量,基于声音的压力变化来测量,单位为分贝,定义声压级为,其中常数是听觉下限阈值,是实际声波压强,一般情况下适合人休息的声音不超过40,声音超过70会有损神经,设声压级为40时对应的声波压强为,声压级为70时对应的声波压强为,则 .(结果精确到0.1)
【变式1】在天文学中,恒星的视星等 是衡量其亮度的重要指标.根据标准定义,视星等 与到达地球的光通量满足关系:,其中 为常数.现观测一个双星系统,两颗相邻且无法分辨的恒星单颗视星等均为 5.0.若它们的总光通量为单颗光通量之和,则它们的视星等约为( ).(已知:)
A.4.25 B.5.00 C.2.50 D.3.75
【变式2】尽管目前人类还无法准确预报地震,但科学家通过研究,已经对地震有所了解,例如,地震时释放出的能量E(单位:焦耳)与地震里氏震级M之间的关系为.2011年3月11日,日本东北部海域发生里氏9.0级地震,它所释放出来的能量是2008年5月12日我国汶川发生里氏8.0级地震的多少倍(精确到1)?( )(注:,)
A.30 B.31 C.32 D.33
【变式3】“喊泉”是一种地下水的毛细现象,人们在泉口吼叫或发出其他声音时,声波传入泉洞内的储水池,进而产生“共鸣”等物理声学作用,激起水波,形成涌泉.声音越大,涌起的泉水越高.已知听到的声强与标准声强(约为,单位:)之比的常用对数称作声强的声强级,记作(贝尔),即,取贝尔的十倍作为响度的常用单位,简称为分贝.已知某处“喊泉”的声音响度(分贝)与喷出的泉水高度(米)满足关系式,现知同学用喇叭大喝一声激起的涌泉最高高度为2米,若同学用喇叭大喝一声的声强大约为不用喇叭大喝一声的声强的10倍,则同学大喝一声激起的涌泉最高高度约为( )
A.1.75米 B.1.5米 C.1.25米 D.1米
【变式4】核酸检测主要采用荧光定量PCR方法,通过化学物质的荧光信号,对在PCR扩增进程中成指数级增加的靶标DNA实时监测,在PCR扩增的指数时期,荧光信号强度达到阈值时,DNA的数量与扩增次数n满足,其中p为扩增效率,为DNA的初始数量.已知某被测标本DNA扩增10次后,数量变为原来的100倍,那么该标本的扩增效率p约为(参考数据:,)( )
A.36.9% B.41.5% C.58.5% D.63.1%
1.的值为 .
2.已知,则 .
3.已知,则 .
4. .
5. .
6.计算: .
7.若正实数m,n,t满足,且,则 .
8. .
9.,则用和表示的结果为
10.若,则 .
11.若实数、满足,则( )
A. B. C. D.
12.在人工智能芯片的性能测试中,若芯片处理数据的错误率E与芯片的运算速度v(单位:)满足函数关系,则当芯片处理数据的运算速度为时,芯片处理数据的错误率约为(参考数据:)( )
A. B. C. D.
13.计算下列各式的值:
(1);
(2);
(3);
(4)化简:.
14.解下列方程:
(1);
(2);
(3);
(4).
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专题3.2对数
教学目标
1.借助指数式与对数式的互化及应用对数的性质解题,培养数学运算素养.
2.借助对数的运算性质化简、求值,培养数学运算素养.
3.通过学习换底公式,培养逻辑推理素养.
教学重难点
教学重点:
①理解对数的概念及运算性质,掌握对数的性质,能进行简单的对数计算.
②理解指数式与对数式的等价关系,会进行对数式与指数式的互化.
③理解常用对数、自然对数的概念及记法.
教学难点:
①能用换底公式将一般对数转化成自然对数或常用对数.
②会运用运算性质进行一些简单的化简与证明.
知识点01对数的概念
1、对数的概念:一般地,如果(,且),那么数叫做以为底的对数,记作,其中叫做对数的底数,叫做真数.
特别的:规定,且的原因:
①当时,取某些值时,的值不存在,如:是不存在的.
②当时,当时,的值不存在,如:是不成立的;当时,则的取值时任意的,不是唯一的.
③当时,当,则的值不存在;当时,则的取值时任意的,不是唯一的.
【即学即练】使式子有意义的的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】根据对数的底大于零且不等于1,真数大于零列出不等式组,解不等式组即可.
【详解】由对数的概念得,解得或,
故的取值范围是.
故选:D.
知识点02 常用对数与自然对数
①常用对数:将以10为底的对数叫做常用对数,并把记为
②自然对数:是一个重要的常数,是无理数,它的近似值为2.718 28.把以为底的对数称为自然对数,并把记作
说明:“”同+、-、×等符号一样,表示一种运算,即已知一个底数和它的幂求指数的运算,这种运算叫对数运算,不过对数运算的符号写在数的前面.
知识点03指数式与对数式的相互转化
当且,
【即学即练】若,则( )
A.26 B.24 C.22 D.20
【答案】B
【分析】将对数式化成指数式,运算得解.
【详解】由题知,解得.
故选:B.
知识点04对数的性质
①负数和零没有对数.
②对于任意的且,都有,,;
③对数恒等式: (且)
【即学即练】( )
A.-5 B. C. D.5
【答案】D
【分析】根据指数、对数运算性质即可求解.
【详解】.
故选:.
知识点05对数的运算性质
当且,,
①
②
③()
④()
⑤()
【即学即练】计算:( )
A.-2 B.0 C.1 D.2
【答案】B
【分析】利用对数的运算性质计算可得所求代数式的值.
【详解】原式.
故选:B.
知识点06对数的换底公式
换底公式:(且,,,且)
特别的:
【即学即练】已知,若,则( )
A. B.3 C.6 D.9
【答案】A
【分析】将指数式化为对数式,利用换底公式代入运算得解.
【详解】由题知,所以,,
故,解得.
故选:A.
题型01对数概念判断与求值
【典例1】若代数式有意义,则实数的取值范围为( )
A. B.
C. D.
【答案】D
【分析】由对数的真数大于0列式即可求.
【详解】由题可得,解得或,
故实数的取值范围为.
故选:D
【变式1】若对数式有意义,则实数的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】根据对数式有意义可得出关于的不等式组,由此可解得实数的取值范围.
【详解】要使对数式有意义,需,解得且,
所以,实数的取值范围是.
故选:B.
【变式2】,则( )
A.0 B.1 C.5 D.625
【答案】C
【分析】利用对数的性质,由内到外进行求值即可.
【详解】,,.
故选:.
【变式3】若对数有意义,则的取值范围是 .
【答案】
【分析】利用对数的定义,列出不等式组并求解即得.
【详解】依题意,,解得且,
所以的取值范围是.
故答案为:
【变式4】 .
【答案】
【分析】根据指数与对数的互化、对数的运算性质计算直接得出结果.
【详解】原式.
故答案为:
题型02指数式与对数式相互转化
【典例1】将下列指数式与对数式互化:
(1),指数式为 ;
(2),指数式为 ;
(3),对数式为 ;
(4),对数式为 .
【答案】 ; ; ; .
【分析】运用指对互化规则,“底不变,其他换”即可解题.
【详解】运用指对互化规则,“底不变,其他换”得到.
(1),指数式为;
(2),指数式为;
(3),对数式为;
(4),对数式为.
故答案为:;;;.
【变式1】将下列指数式与对数式互化:
(1),对数式为 ;
(2),对数式为 ;
(3),指数式为 ;
(4),指数式为 .
【答案】 ; ; ; .
【分析】运用指对互化规则,“底不变,其他换”,即可转化.
【详解】运用指对互化规则,“底不变,其他换”得到.
(1),对数式为;
(2),对数式为;
(3),指数式为;
(4),指数式为.
故答案为:;;;.
【变式2】若,则 .
【答案】2
【分析】由对数和指数的互化求解即可.
【详解】因为,所以.
故答案为:2
【变式3】若,则 .
【答案】
【分析】利用对数与指数的互化可得出的值.
【详解】因为,则,所以,.
故答案为:.
【变式4】将下列指数式改为对数式:
(1),对数式为 ;
(2),对数式为 ;
(3),对数式为 ;
(4),对数式为 .
【答案】
【分析】利用指数式与对数式的等价关系,即
【详解】解:(1) 利用互化公式可得,.
(2) 利用互化公式可得,
(3) 利用互化公式可得,
(4) 利用互化公式可得,.
故答案为: ;;;.
【点睛】本题主要考查指数式与对数式互化公式的理解,考查基本运算求解能力.
题型03对数运算
【典例1】已知,,试用,表示 .
【答案】
【分析】根据对数的运算可得答案.
【详解】因为,所以,
所以
.
故答案为:.
【变式1】已知,则的最小值为 .
【答案】
【分析】由对数的运算性质可知,再利用基本不等式求解即可.
【详解】因为,
所以,
所以,当且仅当,即时,等号成立.
故答案为:
【变式2】已知,,则用a、b表示 .
【答案】/
【分析】根据对数的运算法则,即可求得答案.
【详解】由题意得,
故答案为:
【变式3】实数,满足,则的最小值为 .
【答案】8
【分析】利用基本不等式可求的最小值.
【详解】因为,
所以,故,当且仅当时等号成立,
故的最小值为8,
故答案为:8.
【变式4】方程的解 .
【答案】4
【分析】由对数的运算有,即,求解方程,再根据对数的真数大于,即可得出的解.
【详解】因为
所以
即,
解得或,
又因为对数的真数大于0,即,
所以.
故答案为:4
题型04对数运算性质的应用
【典例1】若,,试用a,b表示 .
【答案】
【分析】根据题意,由对数的运算代入计算化简,即可得到结果.
【详解】,
因为,所以,所以.
故答案为:.
【变式1】设实数,若,则 .
【答案】
【分析】先根据对数的运算法则,将进行变形,再结合已知条件来求解.
【详解】根据对数运算法则,对于,所以.
已知,将其代入中,可得.
故答案为:14.
【变式2】,则的值为 .
【答案】
【分析】根据真数大于零可求得的取值范围,再由解方程即可求得结果.
【详解】因为,
所以可得,即,
两边同时除以得,即
解得或(舍);
所以
故答案为:
【变式3】已知,,用a及b表示 .
【答案】
【分析】先把转化为,再利用对数的运算性质即可求解.
【详解】因为,所以,所以.
故答案为:.
【变式4】 .
【答案】1
【分析】把题目分解为多个部分分别计算,利用对数和指数的性质化简,最后合并结果.
【详解】计算:
根据对数的性质,,所以.代入指数表达式,.
计算:
利用对数的换底公式和幂的性质:
,
所以.
计算:
利用对数的减法法则和幂的性质:
,
.
计算:
.
把各部分结果代入原式:
故答案为:1.
题型05 换底公式的应用
【典例1】已知,,则 .
【答案】/
【分析】根据题意,利用对数的运算法则,准确运算,即可求解.
【详解】因为,,可得,,
所以.
故答案为:
【变式1】若,则 .
【答案】
【分析】指数式化为对数式,得到,利用换底公式和对数运算法则得到答案.
【详解】由题意得,
.
故答案为:
【变式2】已知,,则 .
【答案】1
【分析】根据条件,利用指对数互换和换底公式,即可求解.
【详解】因为,则,又,
所以,
故答案为:.
【变式3】已知,则= .
【答案】
【分析】先利用对数的定义可得,,代入利用对数的换底公式计算即可求值.
【详解】因为,所以,,
,所以.
故答案为:.
【变式4】已知,则 .
【答案】4
【分析】利用换底公式化简得到,令,求出,从而,解得.
【详解】,,
,
令,故,即,解得,
故,解得.
故答案为:4
换底公式:(且,,,且)
特别的:
题型06对数方程求解
【典例1】已知,,若,则 .
【答案】
【分析】利用对数运算的加法法则得到,再代入原式求解即可.
【详解】由对数运算的加法法则得,
因为,所以,
由对数函数性质得在上单调递增,
可得,即,
而
.
故答案为:
【变式1】已知,则( )
A.1 B.4 C.1或4 D.2
【答案】B
【分析】根据对数运算的性质可得,即可求得答案.
【详解】由已知得,整理得,得或.
,即,
则,
故选:B
【变式2】若,则 .
【答案】15
【分析】利用对数的运算性质计算即可.
【详解】由题意得,则,解得.
故答案为:15.
【变式3】已知正实数满足,则 .
【答案】15
【分析】由题意得,由此即可得解.
【详解】因为,则.
故答案为:15.
【变式4】求下列各式中的的值.
(1);
(2).
【答案】(1)
(2).
【分析】(1)利用对数的定义以及指对互化即可求出;
(2)化简,再利用对数的定义即可.
【详解】(1)因为,所以,所以.
(2)因,所以,
所以.
题型07 有附加条件对数求值问题
【典例1】已知,则 .
【答案】5
【分析】先取对表达出m和n,结合对数运算法则即可求解.
【详解】因为,则,
因为,则,
所以.
故答案为:5.
【变式1】已知,则的值为( )
A.15 B. C. D.
【答案】C
【分析】结合指数与对数的转化及指数运算性质即可求解.
【详解】因为,所以,
又,所以.
故选:C.
【变式2】若 则 ( )
A.1 B.
C. D.2
【答案】A
【分析】根据指数对数转化,再应用对数运算律计算求解.
【详解】因为
所以
则 .
故选:A.
【变式3】已知 ,且 ,则 ( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】根据指对互化,结合换底公式即可求解.
【详解】设,则,
由得,
因此,故.
故选:D.
题型08对数的实际应用
【典例1】噪声污染问题越来越受到重视.声压级(Sound pressure level)是描述声音强度的物理量,基于声音的压力变化来测量,单位为分贝,定义声压级为,其中常数是听觉下限阈值,是实际声波压强,一般情况下适合人休息的声音不超过40,声音超过70会有损神经,设声压级为40时对应的声波压强为,声压级为70时对应的声波压强为,则 .(结果精确到0.1)
【答案】
【分析】根据题意可得,,再利用指对互化即可求出.
【详解】由题意可知,,,
则,,则.
故答案为:
【变式1】在天文学中,恒星的视星等 是衡量其亮度的重要指标.根据标准定义,视星等 与到达地球的光通量满足关系:,其中 为常数.现观测一个双星系统,两颗相邻且无法分辨的恒星单颗视星等均为 5.0.若它们的总光通量为单颗光通量之和,则它们的视星等约为( ).(已知:)
A.4.25 B.5.00 C.2.50 D.3.75
【答案】A
【分析】视星等 与到达地球的光通量满足关系:.总光通量为各恒星光通量之和,运用对数运算性质进行化简求值.
【详解】设单颗光通量为,单颗视星等 ,
则由题意可得:①
总光通量为单颗光通量之和,总视星等满足:
即②
由①解得:代入②得:
故选:A.
【变式2】尽管目前人类还无法准确预报地震,但科学家通过研究,已经对地震有所了解,例如,地震时释放出的能量E(单位:焦耳)与地震里氏震级M之间的关系为.2011年3月11日,日本东北部海域发生里氏9.0级地震,它所释放出来的能量是2008年5月12日我国汶川发生里氏8.0级地震的多少倍(精确到1)?( )(注:,)
A.30 B.31 C.32 D.33
【答案】C
【分析】设里氏9.0级和8.0级地震的能量分别是和,根据条件算出的值,然后可得答案.
【详解】设里氏9.0级和8.0级地震的能量分别是和,
由题意:,.
于是,
所以.
故选:C.
【变式3】“喊泉”是一种地下水的毛细现象,人们在泉口吼叫或发出其他声音时,声波传入泉洞内的储水池,进而产生“共鸣”等物理声学作用,激起水波,形成涌泉.声音越大,涌起的泉水越高.已知听到的声强与标准声强(约为,单位:)之比的常用对数称作声强的声强级,记作(贝尔),即,取贝尔的十倍作为响度的常用单位,简称为分贝.已知某处“喊泉”的声音响度(分贝)与喷出的泉水高度(米)满足关系式,现知同学用喇叭大喝一声激起的涌泉最高高度为2米,若同学用喇叭大喝一声的声强大约为不用喇叭大喝一声的声强的10倍,则同学大喝一声激起的涌泉最高高度约为( )
A.1.75米 B.1.5米 C.1.25米 D.1米
【答案】A
【分析】设同学不用喇叭时的声强为,喷出泉水高度为,则同学用喇叭时的声强为,喷出泉水高度为2米.由题意知及,联立方程组,结合对数的运算性质即可求解.
【详解】设同学不用喇叭时的声强为,喷出泉水高度为,则同学用喇叭时的声强为,喷出泉水高度为2米.
由题意知,,即①.
又,即,即②.
由可得,解得.
故选:A.
【变式4】核酸检测主要采用荧光定量PCR方法,通过化学物质的荧光信号,对在PCR扩增进程中成指数级增加的靶标DNA实时监测,在PCR扩增的指数时期,荧光信号强度达到阈值时,DNA的数量与扩增次数n满足,其中p为扩增效率,为DNA的初始数量.已知某被测标本DNA扩增10次后,数量变为原来的100倍,那么该标本的扩增效率p约为(参考数据:,)( )
A.36.9% B.41.5% C.58.5% D.63.1%
【答案】C
【分析】由题意得,化简后可求出的值.
【详解】由题意得,即,
整理得,所以,
所以,
故选:C.
1.的值为 .
【答案】4
【分析】根据对数的乘法运算求解即可.
【详解】.
故答案为:4.
2.已知,则 .
【答案】
【分析】根据条件,利用指对数的互化,即可求解.
【详解】因为,得到,
又,所以,
故答案为:.
3.已知,则 .
【答案】1
【分析】利用对数的运算即可求解.
【详解】由,则.
故答案为:1.
4. .
【答案】/
【分析】利用指对数的运算性质和换底公式,即可求解.
【详解】因为
,
故答案为:.
5. .
【答案】
【分析】根据题意,利用指数幂与对数的运算法则,准确计算,即可求解.
【详解】由指数幂与对数的运算法则,可得.
故答案为:.
6.计算: .
【答案】
【分析】由指数、对数运算法则计算即可.
【详解】
.
故答案为:.
7.若正实数m,n,t满足,且,则 .
【答案】
【分析】根据对数和指数的互化方法,求出参数的表达式,根据换底公式列出方程,根据对数运算公式,求出参数值.
【详解】已知,则,
根据换底公式可得,则,
变形得,解得.
故答案为:.
8. .
【答案】3
【分析】利用换底公式结合对数的运算性质求解即可.
【详解】由换底公式得
.
故答案为:3.
9.,则用和表示的结果为
【答案】
【分析】根据给定条件,利用指数式与对数式互化关系、对数的换底公式及对数运算法则求解.
【详解】由,得,而,
所以.
故答案为:
10.若,则 .
【答案】
【分析】利用对数的运算法则即可求得答案.
【详解】,,即,,
所以即,所以.
11.若实数、满足,则( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】利用指数式与对数式的互化可得出、,再利用换底公式以及对数的运算性质化简可得结果.
【详解】因为,则,,
所以.
故选:D.
12.在人工智能芯片的性能测试中,若芯片处理数据的错误率E与芯片的运算速度v(单位:)满足函数关系,则当芯片处理数据的运算速度为时,芯片处理数据的错误率约为(参考数据:)( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】由,代入数据即可求解.
【详解】当,
则
.
故选:B
13.计算下列各式的值:
(1);
(2);
(3);
(4)化简:.
【答案】(1);
(2);
(3);
(4)17.
【分析】(1)(2)(3)(4)应用对数的运算性质及指对数的关系化简求值.
【详解】(1)原式;
(2)原式;
(3)原式;
(4).
14.解下列方程:
(1);
(2);
(3);
(4).
【答案】(1)
(2)
(3)
(4)或
【分析】(1)两边取对数,结合对数运算法则计算出答案;
(2)先得到,进而求出,求出答案;
(3)先根据真数大于0,得到,由对数运算法则得到,得到答案;
(4)由题意知且,令,得到方程,解得或,故或.
【详解】(1)由,两边取常用对数得,则,
解得.
(2)由,得,得,故方程的根是.
(3)由真数大于0,得解得,
由原方程得,
所以,
所以,即,
整理得,解得或(舍去),故方程的根是.
(4)由题意知且,令,易知,则,
整理得,解得或,所以或,
故或.
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