内容正文:
2.3.4圆与圆的位置关系
一、知识点
1.圆与圆位置关系的判断
1)几何法
1.圆与圆的位置关系
设圆和圆的半径分别为,,则两圆的位置关系的判断方法如下表:
位置关系
图形
判断依据
交点个数
公切线条数
外离
无交点
条
外切
个
条
相交
个
条
内切
个
条
内含
无交点
无公切线
2)代数法
建立两个圆的方程,根据方程组解的情况进行判断:
相交;
相切(内切或外切);
相离(外离或内含)
2.公切线问题
两圆的公切线是指与两圆都相切的直线,可分为外公切线和内公切线;
两圆的公切线情况有种情况:
外离时有条公切线,分别是两条外公切线,两条内公切线;
外切时有条公切线,分别是两条外公切线和一条内公切线;
相交时有两条公切线都是外公切线;
相内切时有一条公切线;
内含时无公切线
以外离为例,如图所示,设两条外公切线的交点为,内公切线的交点为,则与均在圆和圆心连线上,且满足
求两圆公切线:
①判断两圆位置关系,确定公切线条数;
②设公切线方程(讨论不存在);
③利用两圆圆心到公切线距离等于各自半径,列两方程求,.
3.公共弦问题
当两圆相交时,它们的公共弦所在直线的方程可用两圆方程作差消去平方项获得;
因为作差得到的必为直线方程,且两交点都满足该方程,故该方程即为公共弦的方程.
两圆圆心连线垂直平分公共弦
4.圆系方程问题
①过直线与圆X的交点的圆系方程为;
②过圆和圆的交点的圆系方程为,(注意该圆系不含圆,解题时注意检验是否满足题意);
当时,变为表示过两圆的交点的直线,当两圆是同心圆时,此时直线不存在;当两圆相交时,此直线为公共弦所在直线;当两圆相切时,此直线为两圆的公切线;当两圆相离时,此直线为与两圆圆心连线垂直的直线.
二、题型训练
1.圆与圆位置关系的判断
例1.圆和的位置关系是( )
A.相交 B.相离 C.内切 D.外切
【答案】C
【解析】
圆的圆心为,半径为,圆的圆心为,半径为,所以 圆心距为,所以两个圆相内切.
例2.若圆与圆有公共点,则满足的条件是( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
由得,
两圆圆心之间的距离为=.
∵两圆有公共点,∴,
∴ ,
即,∴,
故选:C.
练习:
1.集合,,且,则的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】由 可知,所以圆与圆内切或内含,即,所以
2.圆,与圆的位置关系为( )
A.相交 B.外切 C.内切 D.外离
【答案】C
【解析】由已知,圆的圆心为,半径,圆的圆心为,半径,则圆心距,所以两圆内切.
3.若点在圆上,则圆与圆的位置关系是___________.
【答案】外切
【解析】
因为点在圆上,所以,又的圆心为,半径,圆的圆心,半径,
则圆心距,所以外切.
4.(多选)已知圆的方程为,则下列结论正确的是( )
A.该圆的面积为 B. 在圆内
C.该圆与圆相离 D.直线与该圆相切
【答案】BD
【解析】,可知圆心为,半径;
对于A:由圆的半径,得该圆的面积为,故A错误;
对于B:因为,所以点在该圆内,故B正确;
对于C:圆的圆心为,半径为1,
因为两圆心距离为,且,所以两圆相交,故C错误;
对于D:圆心到直线的距离,
所以直线与该圆相切,故D正确,
故选:BD.
5.已知圆与圆,则的最小值为___________.
【答案】
【解析】圆的圆心为,半径为,圆的圆心为,半径为,
两圆的圆心距,
两圆内切,,可得,
所以.当且仅当时,取得最小值,的最小值为2.
故答案为:2.
6.已知圆和两点,,若圆上存在点,使得,则的最小值为( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】由,得点P在圆上,故点P在圆上,又点P在圆C上,所以,两圆有交点,
因为圆的圆心为原点O,半径为a,圆C的圆心为,半径为1,
所以,又,所以,
解得,所以a的最小值为4.
故选:C.
7.若圆与圆相切,则的值为( )
A. B. C. 或 D. 或
【答案】C
【解析】圆的圆心为,半径为,圆 ,半径为,
①当两圆外切时,有,即;
②当两圆内切时,有,即;
综上或
8.圆与圆有三条公切线,则半径( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】由圆圆心,半径为,圆的圆心,半径为,又两圆有三条公切线,所以两圆外切,即,即
9.已知两圆,,当圆与圆有且仅有两条公切线时,则的取值范围为___________.
【答案】
【解析】若圆C1与圆C2有且仅有两条公切线时,则两圆相交,
圆心C1,半径R=2,圆C2,半径r,
则 ,
若两圆相交,则满足,即,
得,
故答案为:
2.公切线问题
例3.已知圆与圆,则这两个圆的公共公切线条数为( )
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】由已知圆的圆心,半径,圆的圆心,半径,
则,所以两圆外离,有条公切线
例4.已知圆,,求两圆的公切线方程.
【答案】,,,
【解析】圆的圆心为,半径,圆的圆心为,半径,
则,所以两圆外离,所以两圆有四条公切线.
当公切线的斜率存在时,可设公切线方程为,即,
则,解得或或,
当斜率不存在时,直线也与两圆相切,
所以所求切线方程为,,,.
例5.若直线与圆,圆都相切,切点分别为、,则( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
如下图所示,设直线交轴于点,
由于直线与圆,圆都相切,切点分别为、,
则,,,
,为的中点,为的中点,,
由勾股定理可得.
故选:C.
练习:
1.(多选)已知圆,圆,直线,则下列说法正确的是( )
A.圆的圆心为 B.圆与圆有四条公切线
C.点在圆上,点在圆上,则线段的最大值为3+2
D.直线与圆一定相交,且相交的弦长最小值为
【答案】ACD
【解析】
对于A选项,圆的标准方程为,圆的圆心为,故A正确;
对于B选项,圆的圆心为,半径为,圆的半径为,
圆心距为,即,
所以,圆与圆相交,故圆与圆有两条公切线,故B错误;
对于C选项,因为两圆圆心距为,
又因为在圆上,点在圆上,则线段长的最大值为,故C正确;
对于D选项,直线的方程可化为,
由得,所以,直线过定点,
因为,故点在圆内,所以直线与圆相交,
当时,圆心到直线的距离取得最大值,且最大值为,
此时,直线截圆所得弦长最小,且最小值为,故D正确.
故选:ACD.
2.(多选)已知圆,圆,则下列是圆与的公切线的直线方程为( )
A. B. C. D.
【答案】ABC
【解析】根据题意可知,两圆心关于原点对称,
在同一坐标系内画出两圆图象,如下图所示:
显然,圆心距,即两圆外离,共有4条切线;
又两圆心到轴的距离都等于其半径,所以轴是其中一条公切线,即A正确;
利用对称性可知,其中一条切线过原点,设其方程为,
又到切线的距离为1,即,解得或;
当时,切线即为轴,当时,切线方程为,即,B正确;
由对称性可知,切线与直线平行,
易知,所以直线的方程为,
可设的方程分别为,
由两平行线间距离公式可得,解得,
即切线的方程分别为,;
整理可得两切线方程为和,故C正确,D错误;
故选:ABC
3.已知圆与圆恰有两条公切线,则满足题意的一个的取值为__________;此时公切线的方程为__________.
【答案】5(答案不唯一) 和(答案与前空的答案有关)
【解析】圆的圆心为,半径为5.
因为圆与圆恰有两条公切线,所以圆与圆相交.即.
又,所以,
所以可取(答案不唯一.满即可).
此时.
因为的圆心为,半径为5,的圆心为,半径为5,
所以可设公切线的方程为,且与两圆圆心所在的直线平行,解得,
又因为是公切线,所以圆心到直线距离等于半径,即,解得.
所以当时,公切线的方程为和.
故答案为: 5;和.
4.已知圆的方程为,圆的方程为.
(1)判断两圆位置关系;
(2)求两圆的公切线长.
【答案】(1)相交;(2)
【解析】(1)圆A:,圆:,
两圆心距,
∵,
∴两圆相交,
将两圆方程左、右两边分别对应相减得:,
此即为过两圆交点的直线方程.
设两交点分别为、,则垂直平分线段,
∵A到的距离,
∴.
(2)设公切线切圆A、圆的切点分别为,,则四边形是直角梯形.
∴,
∴.
5.已知圆,圆恰有两条公切线,则实数的取值范围是_____________.
【答案】
【解析】由,即,
可知圆的圆心为,半径为;
因为圆与圆恰有两条公切线,所以圆与圆相交,
则,∵,
解得:,即的取值范围是.
故答案为:.
6.已知圆心均在轴的两圆外切,半径分别为,,,则两圆公切线的斜率为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】由已知结合直线与圆相切,圆与圆相切性质,利用三角函数知识和斜率的知识综合即可求得结果.
【详解】如图所示,
圆心均在轴的两圆外切,画出两圆公切线, 有两条分别为,公切线与圆的切点分别为,公切线与轴的交点为,两圆圆心分别为圆与轴的上交点为,
则,
,则,
,
则,
同理可得,所以两圆公切线的斜率为.
故选:A.
3.公共弦问题
例6.已知两圆和相交于,两点,则直线的方程是___________.
【答案】
【解析】两圆作差可得解.
例7.圆与圆的公共弦长为( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
两圆相减可得公共弦方程为,
圆心到直线的距离,半径,
则弦长为
练习:
1.(多选)已知圆与圆则下列说法正确的是( )
A. 与公切线恰有条
B. 与相交弦的方程为
C. 与相交弦的弦长为
D.若圆若,分别是圆,上的动点,则
【答案】BD
【解析】由已知得圆的圆心,半径,
圆的圆心,半径,
,
故两圆相交,所以与的公切线恰有2条,故A错误;
做差可得与相交弦的方程为
到相交弦的距离为,故相交弦的弦长为,故C错误;
若分别是圆上的动点,则,故D正确.
故选:BD
2.已知圆与圆,求两圆的公共弦所在直线方程为( )
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】将两个圆的方程相减,得3x-4y+6=0.
故选:D.
3.已知圆过圆C的圆心,则两圆相交弦的方程为__________.
【答案】
【解析】求出,得到圆,两圆相减得到相交弦方程.
【详解】圆:的圆心坐标为,
因为圆过圆的圆心,所以,
所以,所以:,
两圆的方程相减可得相交弦方程为.
故答案为:.
4.若圆与圆的公共弦长为,则直线的方程为( )
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】
将两圆方程相减可得直线的方程为,
即,
因为圆的圆心为,半径为,且公共弦的长为,
则到直线的距离为,
所以,解得,
所以直线的方程为,
故选:D.
5.若圆与圆相交于,两点,且两圆在处的切线互相垂直,则直线的方程为___________,线段的长度为___________.
【答案】x=±1 4
【解析】连接OO1,记AB与OO1的交点为C,如图所示,在Rt△OO1A中,|OA|=,|O1A|=,
∴|OO1|=5,∴|AC|==2,∴|AB|=4.
由|OO1|=5,得,所以,联立可得
,解得
直线AB的方程为x=±1.
故答案为:①;②4.
6.圆与圆的公共弦长的最大值为( )
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】由,得,圆心,半径;
由,得,圆心,半径,
所以两圆圆心均在直线上,半径分别为1和,
如图,当两圆相交且相交弦经过小圆圆心,也即大圆圆心在小圆上时,两圆公共弦长最大,最大值为小圆的直径,即最大值为2.
故选:D.
7.过直线上任意一点,做直线与与圆相切,,为切点,则的最小值为________________.
【答案】
【解析】
由已知可得,圆心,半径.
因为为切线,所以,
所以,四点共圆,过圆心,
所以,是圆与圆的公共弦,所以,
且.
设四边形面积为,则.
又,
所以,.
显然,当增大时,也增大,
所以,当最小时,有最小值.
当时,最小,,此时.
故答案为:.
8.圆与圆相交于,两点.
(1)求圆心在直线上,且经过,两点的圆的方程;
(2)求经过,两点且面积最小的圆的方程.
【答案】(1)
(2)
【解析】(1)因为圆的圆心不在直线上,所以所求圆不是圆,
故可设经过A、B两点的圆的方程为(为常数),
即,
则圆心坐标为;又圆心在直线y=-x上,故,
解得,故所求方程为.
(2)因为圆的圆心,半径,圆的圆心,半径,
所以直线的方程为,即,
由题意可知以线段AB为直径的圆的面积最小,
由两个圆的方程相减可得直线的方程为,
联立,解得,则所求圆的圆心为,
圆心到直线的距离,
所以,所以所求圆的半径为.
故面积最小的圆的方程为.
9.(多选)圆与圆相交于,两点,则( )
A. 的直线方 B. 公共弦的长为
C. 圆与圆的公切线长为 D. 线的中垂线方程为
【答案】ACD
【解析】
由,得,则,半径,
由,得,则,半径,
对于A,公共弦所在的直线方程为,
即,所以A正确,
对于B,到直线的距离,
所以公共弦的长为,所以B错误,
对于C,因为,,,
所以圆与圆的公切线长为,所以C正确,
对于D,根据题意可知线段的中垂线就是直线,因为,
所以直线为,即,所以D正确,
故选:ACD
10.已知圆的方程为,圆的方程为.
(1)判断圆与圆是否相交,若相交,求过两交点的直线方程及两交点间的距离;若不相交,请说明理由.
(2)求两圆的公切线长.
【答案】(1)两圆相交,,;
(2).
【解析】(1)圆A:,圆:,
两圆心距,
∵,
∴两圆相交,
将两圆方程左、右两边分别对应相减得:,
此即为过两圆交点的直线方程.
设两交点分别为、,则垂直平分线段,
∵A到的距离,
∴.
(2)设公切线切圆A、圆的切点分别为,,则四边形是直角梯形.
∴,
∴.
11.已知圆与圆相交于,两点,点位轴上方,且两圆在点处的切线相互垂直.
(1)求的值;
(2)若直线与圆、圆分别切于,两点,求的最大值.
【答案】(1)
(2)最大值为3
【解析】
(1)如图,由题意可知与圆相切,与圆相切,
且,
故,
即.
(2)
作于点H,连接PQ,
在中,,
其中,
故,
又,当且仅当时取等号,
故,
即的最大值为3.
12.已知圆和圆相交于,两点.
(1)求直线的方程,并求出;
(2)在直线上取点,过点作圆的切线(为切点),使得,求点的坐标.
【答案】(1),;(2)或
【解析】
(1)两圆相减,得直线,又圆心,半径,
所以圆心到直线的距离,
所以公共弦长;
(2)由题意值在直线上取点,过作圆的切线(为切点),使得,又圆,半径,因为,
设,,
则,解得或,
即的坐标为或.
4.圆系方程问题
例8.圆心在直线上,且过两圆和的交点的圆的方程为____________.
【答案】
【解析】由题意设圆方程为,
整理得,圆心坐标为,
所以,解得,
所以圆方程为,即.
故答案为:.
练习:
1.(多选)已知与,相交于,两点,则下列说法正确的是( )
A.直线的方程为
B.过,两点,且过点的圆的方程为
C.圆与圆的公切线的长度为
D.以线段为直线的圆的方程为
【答案】AD
【解析】由解得或,
即,,
对于A,直线AB的方程为,故A正确,
对于B,设过A,B两点,且过点的圆的方程,
得,解得,
圆的方程为,故B错误,
对于C,的圆心为,半径为,的圆心为,半径为2,
两圆半径相等,则与的公切线的长度为,故C错误,
对于D,中点为,,则以线段AB为直径的圆的方程为,
故选:AD
2.过,以及圆与圆交点的圆的方程为____________.
【答案】
【解析】解:设过圆与圆交点的圆的方程为:①把点的坐标代入①式得,把代入①并化简得,所求圆的方程为:,
故答案为:.
3.求以相交两圆,及C的公共弦为直径的圆的方程.
【答案】.
【解析】两个圆的方程相减,得,即为公共弦所在的直线方程.显然圆的圆心不在此直线上.设所求圆的方程为.
即.
其圆心的坐标为,点在直线上,,解得.
故所求圆的方程为,即.
5.与圆相关最值问题
例9.已知圆上点和圆上一点,则的最大值和最小值分别为_____________.
【答案】,0.
【解析】解:圆的圆心为,半径,
圆的圆心为,半径,
则圆心距,所以,所以两圆相交,
所以,.
故答案为:,0.
练习:
1.已知,分别为圆与圆上的动点,为轴上的动点,则的最小值为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】如图作圆关于轴对称的圆,连接,交轴于点,连接,
圆,则的最小值为
2.(多选)已知点在圆上,点在圆上,则( )
A.两圆外离 B. 的最大值为
C. 的最小值为 D.两圆的一条公切线为
【答案】ABC
【解析】圆的圆心坐标,半径,
圆,即的圆心坐标,半径,
所以圆心距,
因为,所以两圆外离.故A正确;
因为在圆上,在圆上,所以,故B、C正确;
因为圆心到直线的距离,所以不是两圆公切线,故D错误;
故选:ABC.
3.(多选)已知点在圆上,点在圆上,则( )
A. 的最小值为 B. 的最大值为
C. 两圆圆心所在直线斜率为 D. 两个圆相交
【答案】ABC
【解析】根据题意,圆,其圆心,半径,
圆,即,其圆心,半径,圆心距>R+r,故两圆外离,故D错误;
则的最小值为,最大值为,故A正确,B正确;
对于C,两个圆心所在的直线斜率,故C正确.
故选:ABC.
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2.3.4圆与圆的位置关系
一、知识点
1.圆与圆位置关系的判断
1)几何法
1.圆与圆的位置关系
设圆和圆的半径分别为,,则两圆的位置关系的判断方法如下表:
位置关系
图形
判断依据
交点个数
公切线条数
外离
无交点
条
外切
个
条
相交
个
条
内切
个
条
内含
无交点
无公切线
2)代数法
建立两个圆的方程,根据方程组解的情况进行判断:
相交;
相切(内切或外切);
相离(外离或内含)
2.公切线问题
两圆的公切线是指与两圆都相切的直线,可分为外公切线和内公切线;
两圆的公切线情况有种情况:
外离时有条公切线,分别是两条外公切线,两条内公切线;
外切时有条公切线,分别是两条外公切线和一条内公切线;
相交时有两条公切线都是外公切线;
相内切时有一条公切线;
内含时无公切线
以外离为例,如图所示,设两条外公切线的交点为,内公切线的交点为,则与均在圆和圆心连线上,且满足
求两圆公切线:
①判断两圆位置关系,确定公切线条数;
②设公切线方程(讨论不存在);
③利用两圆圆心到公切线距离等于各自半径,列两方程求,.
3.公共弦问题
当两圆相交时,它们的公共弦所在直线的方程可用两圆方程作差消去平方项获得;
因为作差得到的必为直线方程,且两交点都满足该方程,故该方程即为公共弦的方程.
两圆圆心连线垂直平分公共弦
4.圆系方程问题
①过直线与圆X的交点的圆系方程为;
②过圆和圆的交点的圆系方程为,(注意该圆系不含圆,解题时注意检验是否满足题意);
当时,变为表示过两圆的交点的直线,当两圆是同心圆时,此时直线不存在;当两圆相交时,此直线为公共弦所在直线;当两圆相切时,此直线为两圆的公切线;当两圆相离时,此直线为与两圆圆心连线垂直的直线.
二、题型训练
1.圆与圆位置关系的判断
例1.圆和的位置关系是( )
A.相交 B.相离 C.内切 D.外切
例2.若圆与圆有公共点,则满足的条件是( )
A. B. C. D.
练习:
1.集合,,且,则的取值范围是( )
A. B. C. D.
2.圆,与圆的位置关系为( )
A.相交 B.外切 C.内切 D.外离
3.若点在圆上,则圆与圆的位置关系是___________.
4.(多选)已知圆的方程为,则下列结论正确的是( )
A.该圆的面积为 B. 在圆内
C.该圆与圆相离 D.直线与该圆相切
5.已知圆与圆,则的最小值为___________.
6.已知圆和两点,,若圆上存在点,使得,则的最小值为( )
A. B. C. D.
7.若圆与圆相切,则的值为( )
A. B. C. 或 D. 或
8.圆与圆有三条公切线,则半径( )
A. B. C. D.
9.已知两圆,,当圆与圆有且仅有两条公切线时,则的取值范围为___________.
2.公切线问题
例3.已知圆与圆,则这两个圆的公共公切线条数为( )
A. B. C. D.
例4.已知圆,,求两圆的公切线方程.
例5.若直线与圆,圆都相切,切点分别为、,则( )
A. B. C. D.
练习:
1.(多选)已知圆,圆,直线,则下列说法正确的是( )
A.圆的圆心为 B.圆与圆有四条公切线
C.点在圆上,点在圆上,则线段的最大值为3+2
D.直线与圆一定相交,且相交的弦长最小值为
2.(多选)已知圆,圆,则下列是圆与的公切线的直线方程为( )
A. B. C. D.
3.已知圆与圆恰有两条公切线,则满足题意的一个的取值为__________;此时公切线的方程为__________.
4.已知圆的方程为,圆的方程为.
(1)判断两圆位置关系;
(2)求两圆的公切线长.
5.已知圆,圆恰有两条公切线,则实数的取值范围是_____________.
6.已知圆心均在轴的两圆外切,半径分别为,,,则两圆公切线的斜率为( )
A. B. C. D.
3.公共弦问题
例6.已知两圆和相交于,两点,则直线的方程是___________.
例7.圆与圆的公共弦长为( )
A. B. C. D.
练习:
1.(多选)已知圆与圆则下列说法正确的是( )
A. 与公切线恰有条
B. 与相交弦的方程为
C. 与相交弦的弦长为
D.若圆若,分别是圆,上的动点,则
2.已知圆与圆,求两圆的公共弦所在直线方程为( )
A. B. C. D.
3.已知圆过圆C的圆心,则两圆相交弦的方程为__________.
4.若圆与圆的公共弦长为,则直线的方程为( )
A. B. C. D.
5.若圆与圆相交于,两点,且两圆在处的切线互相垂直,则直线的方程为___________,线段的长度为___________.
6.圆与圆的公共弦长的最大值为( )
A. B. C. D.
7.过直线上任意一点,做直线与与圆相切,,为切点,则的最小值为________________.
8.圆与圆相交于,两点.
(1)求圆心在直线上,且经过,两点的圆的方程;
(2)求经过,两点且面积最小的圆的方程.
9.(多选)圆与圆相交于,两点,则( )
A. 的直线方 B. 公共弦的长为
C. 圆与圆的公切线长为 D. 线的中垂线方程为
10.已知圆的方程为,圆的方程为.
(1)判断圆与圆是否相交,若相交,求过两交点的直线方程及两交点间的距离;若不相交,请说明理由.
(2)求两圆的公切线长.
11.已知圆与圆相交于,两点,点位轴上方,且两圆在点处的切线相互垂直.
(1)求的值;
(2)若直线与圆、圆分别切于,两点,求的最大值.即的最大值为3.
12.已知圆和圆相交于,两点.
(1)求直线的方程,并求出;
(2)在直线上取点,过点作圆的切线(为切点),使得,求点的坐标.
4.圆系方程问题
例8.圆心在直线上,且过两圆和的交点的圆的方程为____________.
练习:
1.(多选)已知与,相交于,两点,则下列说法正确的是( )
A.直线的方程为
B.过,两点,且过点的圆的方程为
C.圆与圆的公切线的长度为
D.以线段为直线的圆的方程为
2.过,以及圆与圆交点的圆的方程为____________.
3.求以相交两圆,及C的公共弦为直径的圆的方程.
5.与圆相关最值问题
例9.已知圆上点和圆上一点,则的最大值和最小值分别为_____________.
练习:
1.已知,分别为圆与圆上的动点,为轴上的动点,则的最小值为( )
A. B. C. D.
2.(多选)已知点在圆上,点在圆上,则( )
A.两圆外离 B. 的最大值为
C. 的最小值为 D.两圆的一条公切线为
3.(多选)已知点在圆上,点在圆上,则( )
A. 的最小值为 B. 的最大值为
C. 两圆圆心所在直线斜率为 D. 两个圆相交
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