内容正文:
专题05 函数的单调性与最值(期中复习讲义)
【考试要求】
1.理解函数的单调性、最大值、最小值及其几何意义;
2.会运用基本初等函数的图象分析函数的性质。
【命题规律】
1.以基本初等函数为载体,考查函数的单调性、单调区间及函数最值的确定与应用;
2.强化对函数与方程思想、转化与化归思想、分类讨论思想的考查,题型既有选择、填空题,又有解答题。
1.函数的单调性
(1)增函数、减函数
增函数
减函数
定义
一般地,设函数 的定义域为 :如果对于定义域 内某个区间 上的任意两个自变量的值 ,
当 时,都有 ,那么就说函数 在区间 上是增函数
当 时,都有 ,那么就说函数 在区间 上是减函数
图象
描述
(2)单调区间的定义
如果函数在区间上单调递增或单调递减,那么就说函数 在这一区间具有(严格的)单调性,区间 叫做函数 的单调区间。
注意:①求函数单调区间或讨论函数单调性必须先求函数的定义域;
②一个函数的同一种单调区间用“和”或“,”连接,不能用“ ”连接;
③函数在某个区间上是单调函数,但在整个定义域上不一定是单调函数。
2.函数的最值
前提
设函数 的定义域为 ,如果存在实数 满足
条件
对于任意 ,都有 ;存在 ,使得
对于任意 ,都有 ;存在 ,使得
结论
为最大值
为最小值
常用结论:
1.函数单调性的两个等价结论
设∀x1,x2∈I(x1≠x2),则
(1)>0(或(x1-x2)[f(x1)-f(x2)]>0)⇔f(x)在I上单调递增.
(2)<0(或(x1-x2)[f(x1)-f(x2)]<0)⇔f(x)在I上单调递减.
2.函数y=f(x)(f(x)>0 或f(x)<0)在公共定义域内与y=-f(x),y=的单调性相反.
3.复合函数y=f(g(x))的单调性与y=f(u)和u=g(x)的单调性有关.简记:“同增异减”.
类型一 确定函数的单调性(区间)
1.已知函数f(x)的图象如图所示,则( )
A.函数f(x)在区间[-1,2]上单调递增
B.函数f(x)在区间[-1,2]上单调递减
C.函数f(x)在区间[-1,4]上单调递减
D.函数f(x)在区间[2,4]上单调递增
解析:A 由题图可知函数f(x)在区间[-1,2]上单调递增,在区间[2,4]上单调递减,故选A.
2.函数f(x)=在[2,6]上的最大值是 ,最小值是 .
解析:∵f(x)=在[2,6]上单调递减.
∴f(x)min=f(6)=,f(x)max=f(2)=4.
答案:4
3.函数y=f(x)是定义在[-2,2]上的减函数,且f(a+1)<f(2a),则实数a的取值范围是 .
解析:由条件知解得-1≤a<1.
答案:[-1,1)
4.(2023·北京卷)下列函数中,在区间(0,+∞)上单调递增的是( )
A.f(x)=-ln x B.f(x)= C.f(x)=- D.f(x)=3|x-1|
解析:C 对于A,因为y=ln x在(0,+∞)上单调递增,y=-x在(0,+∞)上单调递减,所以f(x)=-ln x在(0,+∞)上单调递减,故A错误;
对于B,因为y=2x在(0,+∞)上单调递增,y=在(0,+∞)上单调递减,所以f(x)=在(0,+∞)上单调递减,故B错误;
对于C,因为y=在(0,+∞)上单调递减,y=-x在(0,+∞)上单调递减,所以f(x)=-在(0,+∞)上单调递增,故C正确;
对于D,因为f=,f(1)=3|1-1|=30=1,f(2)=3|2-1|=3,显然f(x)=3|x-1|在(0,+∞)上不单调,D错误.
5.下列函数中是增函数的为( D )
A. B. C. D.
[解析]解法一(排除法):取 , ,对于A项有 , ,所以A项不符合题意;对于B项有 , ,所以B项不符合题意;对于C项有 , ,所以C项不符合题意。故选D。
解法二(定义法):对于 , 选项, 是减函数;对于C选项,在 上是减函数,在 上是增函数。所以 , , 不正确,故选D。
6.函数 的单调递增区间为( A )
A. B. C. D.
[解析]由 ,得 ,故函数的定义域为 ,令 ,则 ,易知其为减函数。则本题等价于求函数 在 上的单调递减区间。利用二次函数的性质,得 在定义域 上的单调递减区间为 。故选A。
7.下列四个函数中,在 上为增函数的是( C )
A. B. C. D.
[解析]对于A, 在 上是减函数,不符合题意;对于B, 在 上是减函数,在 上是增函数,不符合题意;对于C, 在 , 上是增函数,符合题意;对于D, 的图象关于 轴对称,且 在 上是增函数,在 上是减函数,不符合题意。故选C。
8.判断函数 , 的单调性,并用单调性的定义证明你的结论。
[答案]解函数 在 上单调递增。
证明如下:由 ,任取 , ,且 ,则 ,又 ,且 , ,所以 ,即 ,故函数 在 上单调递增。
9.判断并证明函数 (其中 )在 上的单调性。
[答案]解:函数 在 上单调递增。
证法一:设 ,则 ,
由 ,
得 , , , 。
又因为 ,所以 ,得 ,
从而 ,即 ,
故当 时, 在区间 上单调递增。
证法二: ,
因为 ,所以 ,又 ,
所以 ,所以 ,
所以函数 (其中 )在 上单调递增。
总结反思
1.函数单调性的判断方法有:(1)定义法;(2)图象法;(3)利用已知函数的单调性;(4)导数法。
2.函数 的单调性应根据外层函数 和内层函数 的单调性判断,遵循“同增异减”的原则。
类型二 求函数的最值
1.函数f(x)=x-log2(x+4)在区间[-2,2]上的最大值为 .
解析:因为函数y= ,y=-log2(x+4)在区间[-2,2]上都单调递减,
所以函数f(x)= -log2(x+4)在区间[-2,2]上单调递减,
所以函数f(x)的最大值为f(-2)=-log2(-2+4)=9-1=8.
答案:8
2.对于任意实数a,b,定义min{a,b}=设函数f(x)=-x+3,g(x)=log2x,则函数h(x)=min{f(x),g(x)}的最大值是 .
解析:法一:在同一坐标系中,作出函数f(x),g(x)的图象,依题意,h(x)的图象为如图所示的实线部分.
易知点A(2,1)为图象的最高点,因此h(x)的最大值为h(2)=1.
法二:依题意,h(x)=
当0<x≤2时,h(x)=log2x是增函数,
当x>2时,h(x)=3-x是减函数,因此h(x)在x=2时取得最大值h(2)=1.
答案:1
3.函数f(x)=x+的最大值是 .
解析:令t=(t≥0),则x=.所以原函数可化为y=(t-1)2+1(t≥0),
故当t=1,即x=0时,y有最大值,最大值为1.
答案:1
4.已知函数f(x)=则f(f(-3))= ,f(x)的最小值是 .
解析:∵f(-3)=lg [(-3)2+1]=lg 10=1,
∴f(f(-3))=f(1)=0.
当x≥1时,f(x)=x+-3,当且仅当x=时,取等号,此时f(x)min=2-3<0;
当x<1时,f(x)=lg (x2+1)≥lg 1=0,当且仅当x=0时,取等号,此时f(x)min=0.
∴f(x)的最小值为2-3.
答案:0 2-3
反思总结:
1.求函数最值的三种基本方法:
(1)单调性法:先确定函数的单调性,再由单调性求最值.
(2)图象法:先作出函数的图象,再观察其最高点、最低点,求出最值.
(3)基本不等式法:先对解析式变形,使之具备“一正二定三相等”的条件后用基本不等式求出最值.
2.对于较复杂函数,可运用导数,求出在给定区间上的极值,最后结合端点值,求出最值.
类型三 函数单调性的应用
1.已知函数 若 , , ,则有( A )
A. B.
C. D.
[解析]由 可得 在 上单调递增,在 上单调递减,所以在 上, ,在 上, 。 , ,所以 ,所以 。 ,即 , , ,所以 。所以 。故选A。
2.(2023·全国甲卷)已知函数f(x)=.记a=f,b=f,c=f,则( )
A.b>c>a B.b>a>c C.c>b>a D.c>a>b
解析:A 由题意得f(x)=f(2-x),则函数f(x)的图象关于直线x=1对称,且f(x)在(-∞,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调递减.
因为1>>,所以b=f>f=a,c=f=f.因为<2-<,所以b>c>a,故选A.
3.已知函数f(x)=ln x+2x,若f(x2-4)<2,则实数x的取值范围是 .
解析:因为函数f(x)=ln x+2x在定义域(0,+∞)上单调递增,且f(1)=ln 1+2=2,
所以由f(x2-4)<2,得f(x2-4)<f(1),所以0<x2-4<1,解得-<x<-2或2<x<.
答案:∪
4.(2024·新课标Ⅰ卷)已知函数f(x)=在R上单调递增,则a的取值范围是( )
A.(-∞,0] B.[-1,0] C.[-1,1] D.[0,+∞)
解析:B 因为函数f(x)在R上单调递增,且当x<0时,f(x)=-x2-2ax-a,所以f(x)=-x2-2ax-a在(-∞,0)上单调递增,所以-a≥0,即a≤0;当x≥0时,f(x)=ex+ln (x+1),所以函数f(x)在[0,+∞)上单调递增.若函数f(x)在R上单调递增,则-a≤f(0)=1,即a≥-1.综上,实数a的取值范围是[-1,0].故选B.
5.设函数f(x)=若函数f(x)在区间(a,a+1)上单调递增,则实数a的取值范围是 .
解析:函数f(x)的图象如图所示,
由图象可知f(x)在(a,a+1)上单调递增,
需满足a≥4或a+1≤2,即a≤1或a≥4.
答案:(-∞,1]∪[4,+∞)
6.已知函数f(x)=ln (ex+e-x)+x2,使得不等式f(a)>f(b)恒成立的条件是( )
A.a>b B.a<b C.a2>b2 D.|a|<|b|
解析:C 由于f(-x)=ln (e-x+ex)+x2=f(x),所以函数y=f(x)为R上的偶函数,
又y=x2与y=ln (ex+e-x)在[0,+∞)上单调递增.所以f(x)在(0,+∞)上单调递增.
由f(a)>f(b)⇔f(|a|)>f(|b|),从而|a|>|b|,所以a2>b2.
7.(2023·新课标Ⅰ卷)设函数f(x)=2x(x-a)在区间(0,1)上单调递减,则a的取值范围是( )
A.(-∞,-2] B.[-2,0) C.(0,2] D.[2,+∞)
解析:D 函数y=2x在R上单调递增,而函数f(x)=2x(x-a)在区间(0,1)上单调递减,则有函数y=x(x-a)=2-在区间(0,1)上单调递减,因此 ≥1,解得a≥2,所以a的取值范围是[2,+∞).故选D.
反思总结:
1.利用单调性求参数的取值(范围)的思路是:根据其单调性直接构建参数满足的方程(组)(不等式(组))或先得到其图象的升降,再结合图象求解.
2.对于分段函数,要注意衔接点处等号的取舍.
3.利用函数的单调性比较大小,首先要准确判断函数的单调性,其次应将自变量转化到一个单调区间内,然后利用单调性比较大小.
4.利用函数单调性解不等式的具体步骤:(1)将函数不等式转化为 的形式;(2)确定函数 的单调性;(3)根据函数 的单调性去掉法则“ ”,转化为形如“ ”或“ ”的常规不等式,从而得解。
期中基础通关练(测试时间:10分钟)
1.(多选题)下列函数在(0,+∞)上单调递增的是( )
A.y=ex-e-x B.y=|x2-2x| C.y=x- D.y=
解析:AC ∵y=ex与y=-e-x为R上的增函数,
∴y=ex-e-x为R上的增函数,故A正确;
由y=|x2-2x|的图象(图略)知,B不正确;
对于选项C,因为y=x和y=-都在(0,+∞)上单调递增,所以y=x-在(0,+∞)上单调递增,故C正确;y=的定义域为(-∞,-2]∪[1,+∞),故D不正确.
2.函数f(x)=ln (x2-2x-8)的单调递增区间是( )
A.(-∞,-2) B.(-∞,1) C.(1,+∞) D.(4,+∞)
解析:D 由x2-2x-8>0,得x>4或x<-2.
设t=x2-2x-8,则y=ln t为增函数.
要求函数f(x)的单调递增区间,即求函数t=x2-2x-8的单调递增区间.
∵函数t=x2-2x-8的单调递增区间为(4,+∞),
∴函数f(x)的单调递增区间为(4,+∞).
3.若f(x)=-x2+4mx与g(x)=在区间[2,4]上都是减函数,则m的取值范围是( )
A.(-∞,0)∪(0,1] B.(-1,0)∪(0,1]
C.(0,+∞) D.(0,1]
解析:D 由题意得f(x)关于直线x=2m对称,所以2m≤2,即m≤1.
易知y=在[2,4]上是减函数,若2m<0,则g(x)为增函数,故2m>0,即m>0.
综上,0<m≤1.
4.(多选题)已知函数f(x)=loga|x-1|在区间(-∞,1)上单调递增,则( )
A.0<a<1 B.a>1 C.f(a+2023)>f(2024) D.f(a+2023)<f(2024)
解析:AC ∵z=|x-1|在(-∞,1)上单调递减,且f(x)=loga|x-1|在区间(-∞,1)上单调递增.
∴y=loga z是减函数,则0<a<1.A正确,B错.
由于0<a<1,可得2023<a+2023<2024.
又f(x)在(1,+∞)上单调递减,
则f(a+2023)>f(2024),故C正确,D错.
5.若函数f(x)=的最小值为f(0),则实数a的取值范围是( )
A.[-1,2] B.[-1,0]
C.[1,2] D.[0,2]
解析:D 当x>0时,f(x)=x++a≥2+a,当且仅当x=,即x=1时,等号成立,故当x=1时取得最小值2+a.
因为f(0)是函数f(x)的最小值,所以当x≤0时,f(x)=(x-a)2单调递减,故a≥0.
此时的最小值f(0)=a2,所以2+a≥a2.解之得-1≤a≤2.
又a≥0.从而0≤a≤2.
期中重难突破练(测试时间:10分钟)
1.函数f(x)=9x2+的最小值为 .
解析:∵f(x)的定义域为[1,+∞),且y=9x2与y=在[1,+∞)内均为增函数,
∴f(x)在[1,+∞)上单调递增,故f(x)min=f(1)=9.
答案:9
2.已知函数f(x)=满足对任意的实数x1≠x2,都有<0成立,则实数a的取值范围为 .
解析:由题意知函数f(x)是R上的减函数,于是有
由此解得a≤,即实数a的取值范围是.
答案:
3.已知函数f(x)=若f(3-a2)<f(2a),则实数a的取值范围是 .
解析:根据所给的分段函数,画出图象如图.
已知函数在整个定义域上是单调递减的,
由f(3-a2)<f(2a)可知,3-a2>2a,解得-3<a<1.
答案:(-3,1)
4.已知函数f(x)=2a+2x-(a>0,x>0).
(1)求证:f(x)在(0,+∞)上是增函数;
(2)若f(x)在[1,3]上的最大值是最小值的2倍,求a的值.
解:(1)证明:任取x2>x1>0,则f(x1)-f(x2)=2(x1-x2)+,
由于0<x1<x2,故x1-x2<0,<0,从而f(x1)-f(x2)<0,则f(x1)<f(x2),
故函数f(x)在区间(0,+∞)上是增函数.
(2)由(1)知f(x)在[1,3]上单调递增.依题意f(3)=2f(1).
∴2a+6-=2(2a+2-1),解得a=.
期中综合拓展练(测试时间:15分钟)
1.若 ,则( B )
A. B. C. D.
[解析]由指数和对数的运算性质可得 。令 ,则 在 上单调递增。又因为 ,所以 ,即 ,所以 。故选B。
2.若 ,则( A )
A. B. C. D.
[解析]由 ,得 ,即 。设 ,则 。因为函数 在 上为增函数, 在 上为增函数,所以 在 上为增函数,则由 ,得 ,所以 ,所以 ,所以 。故选A。
3.函数 的单调递增区间是( B )
A. B. 和 C. 和 D. 和
[解析] 图象如图所示,函数的单调递增区间是 和 。
4.函数 的单调递增区间为 ,单调递减区间为 。
[解析]令 ,则 可以看作是由 与 复合而成的函数。令 ,得 或 。易知 在 上是减函数,在 上是增函数,而 在 上是增函数,所以 的单调递减区间为 ,单调递增区间为 。
5.已知函数 ,若 , , ,则 , , 的大小关系为( C )
A. B. C. D.
[解析]函数 是 上的减函数,又 ,所以 ,即 。
6.已知定义域为 的函数 满足 ,且当时, ,设 , , ,则( D )
A. B. C. D.
[解析]由 ,知 是偶函数,易知 在 上单调递增。因为 , ,且 , , ,即 ,所以 ,即 。
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专题05 函数的单调性与最值(期中复习讲义)
【考试要求】
1.理解函数的单调性、最大值、最小值及其几何意义;
2.会运用基本初等函数的图象分析函数的性质。
【命题规律】
1.以基本初等函数为载体,考查函数的单调性、单调区间及函数最值的确定与应用;
2.强化对函数与方程思想、转化与化归思想、分类讨论思想的考查,题型既有选择、填空题,又有解答题。
1.函数的单调性
(1)增函数、减函数
增函数
减函数
定义
一般地,设函数 的定义域为 :如果对于定义域 内某个区间 上的任意两个自变量的值 ,
当 时,都有 ,那么就说函数 在区间 上是增函数
当 时,都有 ,那么就说函数 在区间 上是减函数
图象
描述
(2)单调区间的定义
如果函数在区间上单调递增或单调递减,那么就说函数 在这一区间具有(严格的)单调性,区间 叫做函数 的单调区间。
注意:①求函数单调区间或讨论函数单调性必须先求函数的定义域;
②一个函数的同一种单调区间用“和”或“,”连接,不能用“ ”连接;
③函数在某个区间上是单调函数,但在整个定义域上不一定是单调函数。
2.函数的最值
前提
设函数 的定义域为 ,如果存在实数 满足
条件
对于任意 ,都有 ;存在 ,使得
对于任意 ,都有 ;存在,使得
结论
为最大值
为最小值
常用结论:
1.函数单调性的两个等价结论
设∀x1,x2∈I(x1≠x2),则
(1)>0(或(x1-x2)[f(x1)-f(x2)]>0)⇔f(x)在I上单调递增.
(2)<0(或(x1-x2)[f(x1)-f(x2)]<0)⇔f(x)在I上单调递减.
2.函数y=f(x)(f(x)>0 或f(x)<0)在公共定义域内与y=-f(x),y=的单调性相反.
3.复合函数y=f(g(x))的单调性与y=f(u)和u=g(x)的单调性有关.简记:“同增异减”.
类型一 确定函数的单调性(区间)
1.已知函数f(x)的图象如图所示,则( )
A.函数f(x)在区间[-1,2]上单调递增
B.函数f(x)在区间[-1,2]上单调递减
C.函数f(x)在区间[-1,4]上单调递减
D.函数f(x)在区间[2,4]上单调递增
2.函数f(x)=在[2,6]上的最大值是 ,最小值是 .
3.函数y=f(x)是定义在[-2,2]上的减函数,且f(a+1)<f(2a),则实数a的取值范围是 .
4.(2023·北京卷)下列函数中,在区间(0,+∞)上单调递增的是( )
A.f(x)=-ln x B.f(x)= C.f(x)=- D.f(x)=3|x-1|
5.下列函数中是增函数的为( )
A. B. C. D.
6.函数 的单调递增区间为( )
A. B. C. D.
7.下列四个函数中,在 上为增函数的是( )
A. B. C. D.
8.判断函数 , 的单调性,并用单调性的定义证明你的结论。
9.判断并证明函数 (其中 )在 上的单调性。
总结反思
1.函数单调性的判断方法有:(1)定义法;(2)图象法;(3)利用已知函数的单调性;(4)导数法。
2.函数 的单调性应根据外层函数 和内层函数 的单调性判断,遵循“同增异减”的原则。
类型二 求函数的最值
1.函数f(x)=x-log2(x+4)在区间[-2,2]上的最大值为 .
2.对于任意实数a,b,定义min{a,b}=设函数f(x)=-x+3,g(x)=log2x,则函数h(x)=min{f(x),g(x)}的最大值是 .
3.函数f(x)=x+的最大值是 .
4.已知函数f(x)=则f(f(-3))= ,f(x)的最小值是 .
反思总结:
1.求函数最值的三种基本方法:
(1)单调性法:先确定函数的单调性,再由单调性求最值.
(2)图象法:先作出函数的图象,再观察其最高点、最低点,求出最值.
(3)基本不等式法:先对解析式变形,使之具备“一正二定三相等”的条件后用基本不等式求出最值.
2.对于较复杂函数,可运用导数,求出在给定区间上的极值,最后结合端点值,求出最值.
类型三 函数单调性的应用
1.已知函数 若 , , ,则有( A )
A. B.
C. D.
2.(2023·全国甲卷)已知函数f(x)=.记a=f,b=f,c=f,则( )
A.b>c>a B.b>a>c C.c>b>a D.c>a>b
3.已知函数f(x)=ln x+2x,若f(x2-4)<2,则实数x的取值范围是 .
4.(2024·新课标Ⅰ卷)已知函数f(x)=在R上单调递增,则a的取值范围是( )
A.(-∞,0] B.[-1,0] C.[-1,1] D.[0,+∞)
5.设函数f(x)=若函数f(x)在区间(a,a+1)上单调递增,则实数a的取值范围是 .
6.已知函数f(x)=ln (ex+e-x)+x2,使得不等式f(a)>f(b)恒成立的条件是( )
A.a>b B.a<b C.a2>b2 D.|a|<|b|
7.(2023·新课标Ⅰ卷)设函数f(x)=2x(x-a)在区间(0,1)上单调递减,则a的取值范围是( )
A.(-∞,-2] B.[-2,0) C.(0,2] D.[2,+∞)
反思总结:
1.利用单调性求参数的取值(范围)的思路是:根据其单调性直接构建参数满足的方程(组)(不等式(组))或先得到其图象的升降,再结合图象求解.
2.对于分段函数,要注意衔接点处等号的取舍.
3.利用函数的单调性比较大小,首先要准确判断函数的单调性,其次应将自变量转化到一个单调区间内,然后利用单调性比较大小.
4.利用函数单调性解不等式的具体步骤:(1)将函数不等式转化为 的形式;(2)确定函数 的单调性;(3)根据函数 的单调性去掉法则“ ”,转化为形如“ ”或“ ”的常规不等式,从而得解。
期中基础通关练(测试时间:10分钟)
1.(多选题)下列函数在(0,+∞)上单调递增的是( )
A.y=ex-e-x B.y=|x2-2x| C.y=x- D.y=
2.函数f(x)=ln (x2-2x-8)的单调递增区间是( )
A.(-∞,-2) B.(-∞,1) C.(1,+∞) D.(4,+∞)
3.若f(x)=-x2+4mx与g(x)=在区间[2,4]上都是减函数,则m的取值范围是( )
A.(-∞,0)∪(0,1] B.(-1,0)∪(0,1] C.(0,+∞) D.(0,1]
4.(多选题)已知函数f(x)=loga|x-1|在区间(-∞,1)上单调递增,则( )
A.0<a<1 B.a>1 C.f(a+2023)>f(2024) D.f(a+2023)<f(2024)
5.若函数f(x)=的最小值为f(0),则实数a的取值范围是( )
A.[-1,2] B.[-1,0] C.[1,2] D.[0,2]
期中重难突破练(测试时间:10分钟)
1.函数f(x)=9x2+的最小值为 .
2.已知函数f(x)=满足对任意的实数x1≠x2,都有<0成立,则实数a的取值范围为 .
3.已知函数f(x)=若f(3-a2)<f(2a),则实数a的取值范围是 .
4.已知函数f(x)=2a+2x-(a>0,x>0).
(1)求证:f(x)在(0,+∞)上是增函数;
(2)若f(x)在[1,3]上的最大值是最小值的2倍,求a的值.
期中综合拓展练(测试时间:15分钟)
1.若 ,则( )
A. B. C. D.
2.若 ,则( )
A. B. C. D.
3.函数 的单调递增区间是( )
A. B. 和 C. 和 D. 和
4.函数 的单调递增区间为 ,单调递减区间为 。
5.已知函数 ,若 , , ,则 , , 的大小关系为( )
A. B. C. D.
6.已知定义域为 的函数 满足 ,且当时, ,设 , , ,则( )
A. B. C. D.
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