1.3.1 空间直角坐标系(课件PPT)-【学霸笔记·同步精讲】2025-2026学年高中数学选择性必修第一册(人教A版)

2025-12-26
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教辅
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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版选择性必修第一册
年级 高二
章节 1.3.1 空间直角坐标系
类型 课件
知识点 -
使用场景 同步教学-新授课
学年 2025-2026
地区(省份) 全国
地区(市) -
地区(区县) -
文件格式 PPTX
文件大小 3.26 MB
发布时间 2025-12-26
更新时间 2025-12-26
作者 高智传媒科技中心
品牌系列 学霸笔记·高中同步精讲
审核时间 2025-12-26
下载链接 https://m.zxxk.com/soft/55564035.html
价格 3.00储值(1储值=1元)
来源 学科网

摘要:

该高中数学课件聚焦空间直角坐标系,涵盖坐标系建立、点及向量坐标表示、点的对称问题。以飞机航线定位情境导入,通过类比平面直角坐标系构建学习支架,衔接平面到空间的知识迁移。 其特色在于结合数学抽象与直观想象,通过问题链引导类比推理,如由平面点对称类比空间对称。例题融入正四棱锥等几何体,数形结合培养数学思维。课堂小结梳理思想方法,助力学生系统掌握,教师使用可提升教学效率。

内容正文:

1.3.1 空间直角坐标系 1 1. 在平面直角坐标系的基础上,了解空间直角坐标系,感受建立空间直角 坐标系的必要性,会用空间直角坐标系刻画点的位置(数学抽象、直观想象). 2. 掌握空间向量的正交分解及其坐标表示(直观想象、数学运算). 课标要求   飞机的飞行速度非常快,有很多飞机时速都在1 000 km以上,而全世界飞机这么多,这些飞机在空中风驰电掣,速度是如此的快,岂不是很容易撞机吗?但事实上,飞机的失事率是极低的,比火车、汽车要低得多,原因是飞机都是沿着国际统一划定的航线飞行,而在划定某条航线时,不仅要指出航线在地面上的经度和纬度,还要指出航线距离地面的高度.只给飞机所在位置的经度和纬度,能确定飞机的位置吗?要确定飞机的位置,还需要知道什么? 情境导入 知识点一 空间直角坐标系及点的坐标 01 知识点二 空间向量的坐标表示 02 知识点三 空间点的对称问题 03 课时作业 04 目录 4 01 PART 知识点一 空间直角坐标系及点的坐标 目 录 |问题1 在平面中,我们可选定一点O和一个单位正交基底{i,j}来建立平面直角坐标系,类似地,你认为应如何建立空间直角坐标系? 提示:在空间中选定一点O和一个单位正交基底{i,j,k}来建立空间直 角坐标系. 数学·选择性必修第一册 目 录 【知识梳理】 1. 空间直角坐标系及相关概念 (1)空间直角坐标系:在空间选定一点O和一个单位正交基底{i,j, k},以点O为原点,分别以i,j,k的方向为正方向、以它们的长为单位 长度建立三条数轴: ,它们都叫做坐标轴,这时我们 就建立了一个 ⁠; (2)相关概念: 叫做原点,i,j,k都叫做坐标向量,通过 ⁠ 的平面叫做坐标平面,分别称为 平面, ⁠平 面, 平面,它们把空间分成八个部分.   提醒:画空间直角坐标系Oxyz时,一般使∠xOy=135°(或 45°),∠yOz=90°. x轴、y轴、z轴  空间直角坐标系Oxyz  O  每两 条坐标轴  Oxy  Oyz  Ozx  数学·选择性必修第一册 目 录 2. 右手直角坐标系 如图,在空间直角坐标系中,让右手拇指指向 的正方向,食指指 向 的正方向,如果中指指向 的正方向,则称这个坐标系为 右手直角坐标系. x轴  y轴  z轴  数学·选择性必修第一册 目 录 3. 空间点的坐标 在单位正交基底{i,j,k}下, =xi+yj+zk,其对应的有序实数 组 ,叫做点A在空间直角坐标系中的坐标,记作A (x,y,z),其中 叫做点A的横坐标, 叫做点A的纵坐标, z叫做点A的 坐标. (x,y,z)  x  y  竖  数学·选择性必修第一册 目 录 【例1】(1)已知i,j,k分别是空间直角坐标系Oxyz中x轴、y轴、z轴 的正方向上的单位向量,若 =8a+6b+4c,其中a=i+j,b=j+ k,c=k+i,则点A的坐标为(  ) A. (12,14,10) B. (10,12,14) C. (14,10,12) D. (4,2,3) 解析:  =8(i+j)+6(j+k)+4(k+i)=12i+14j+10k, 故点A的坐标为(12,14,10). √ 数学·选择性必修第一册 目 录 (2)已知正四棱锥P-ABCD的底面边长为4,侧棱长为10,建立空间直角 坐标系如图所示,试写出各顶点的坐标. 解:因为正四棱锥P-ABCD的底面边长为4,侧棱长为10,所以底面正方 形的对角线长为4 ,正四棱锥的高为2 . 所以正四棱锥各顶点的坐标分别为A(2 ,0,0),B(0,2 , 0),C(-2 ,0,0),D(0,-2 ,0),P(0,0,2 ). 数学·选择性必修第一册 目 录 【规律方法】 求空间一点P的坐标的两种方法 (1)利用点在坐标轴上的投影求解; (2)利用单位正交基底表示向量 , 的坐标就是点P的坐标. 数学·选择性必修第一册 目 录 训练1 (链接教材P18例1(1))如图所示,在正四棱柱ABCD- A1B1C1D1中,O,O1分别为底面ABCD,底面A1B1C1D1的中心,AB= 6,AA1=4,M为B1B的中点,点N在C1C上,且C1N∶NC=1∶3. (1)以O为原点,分别以OA,OB,OO1所在直线为x轴、y轴、z轴建 立空间直角坐标系,求图中各点的坐标; 数学·选择性必修第一册 目 录 解:在正方形ABCD中,AB=6, ∴AC=BD=6 ,从而OA=OC=OB=OD=3 . ∴各点坐标分别为A(3 ,0,0),B(0,3 ,0),C(-3 , 0,0),D(0,-3 ,0),O(0,0,0),O1(0,0,4),A1 (3 ,0,4),B1(0,3 ,4),C1(-3 ,0,4),D1(0,- 3 ,4),M(0,3 ,2),N(-3 ,0,3). 数学·选择性必修第一册 目 录 (2)以D为原点,分别以DA,DC,DD1所在直线为x轴、y轴、z轴建 立空间直角坐标系,求图中各点的坐标. 解:同理,A(6,0,0),B(6,6,0),C(0,6,0),D(0,0, 0),A1(6,0,4),B1(6,6,4),C1(0,6,4),D1(0,0, 4),O(3,3,0),O1(3,3,4),M(6,6,2),N(0,6,3). 数学·选择性必修第一册 目 录 02 PART 知识点二 空间向量的坐标表示 目 录 问题2 在平面直角坐标系中,我们可以用坐标表示平面内的任意一个向 量,类似地,在空间直角坐标系中,任意向量都可以用坐标表示吗? 提示:可以. 数学·选择性必修第一册 目 录 【知识梳理】 在空间直角坐标系Oxyz中,给定向量a,作 =a.由空间向量基本定 理,存在唯一的有序实数组(x,y,z),使a=xi+yj+zk.有序实数 组 叫做a在空间直角坐标系Oxyz中的坐标,上式可简记 作a= ⁠.   提醒:符号(x,y,z)具有双重意义,它既可以表示向量,也可以 表示点,在表述时要注意区分. (x,y,z)  (x,y,z)  数学·选择性必修第一册 目 录 【例2】如图,在直三棱柱ABC-A1B1C1的底面△ABC中,CA=CB=1, ∠BCA=90°,棱AA1=2,N为A1A的中点,试建立恰当的坐标系求向量 , , 的坐标. 数学·选择性必修第一册 目 录 解:由题意知CC1⊥AC,CC1⊥BC,AC⊥BC,建立空 间直角坐标系Cxyz,如图所示. 记x,y,z轴正方向上的单位向量分别为i,j,k,则 =i, =j, =2k, 则 = + = - + =i-j+k=(1,-1,1). = + = - + =i-j+2k=(1,-1,2). = + = - - =-i+j-2k=(-1,1,-2). 数学·选择性必修第一册 目 录 【规律方法】 用坐标表示空间向量的步骤 数学·选择性必修第一册 目 录 训练2 如图,PA垂直于正方形ABCD所在的平面.M,N分别是AB,PC 的中点,并且PA=AB=1,试建立适当的空间直角坐标系,则向量 , , 的坐标分别为 , , ⁠ ⁠. (0,1,0) (-1,0,0) (0, , ) 数学·选择性必修第一册 目 录 解析:因为PA=AB=AD=1,PA⊥平面ABCD, AB⊥AD,以{ , , }为单位正交基底,建立空 间直角坐标系如图所示. 所以 = =0i+1j+0k=(0,1,0), =- =-i+0j+0k=(-1,0,0), = + + =- + + =- + + ( + )=- + + ( + + )= + =0i+ j+ k=(0, , ). 数学·选择性必修第一册 目 录 03 PART 知识点三 空间点的对称问题 目 录 问题3 (1)在平面直角坐标系中,设P(x,y),则P关于x轴、y 轴、原点的对称点的坐标是什么? 提示:分别为(x,-y),(-x,y),(-x,-y). (2)类比在平面直角坐标系中P(x,y)关于x轴、y轴、原点的对称点 的坐标的特点,你认为空间点P(x,y,z)关于x轴、y轴、原点的对称 点的坐标是什么? 提示:P(x,y,z)关于x轴、y轴、原点的对称点的坐标是分别为 (x,-y,-z),(-x,y, -z),(-x,-y,-z). 数学·选择性必修第一册 目 录 【例3】(链接教材P22习题2题)在空间直角坐标系中,已知点P(-2, 1,4). (1)求点P关于x轴对称的点的坐标; 解:由于点P关于x轴对称后,它在x轴的分量不变,在y轴、z轴的分量 变为原来的相反数,所以对称点坐标为P1(-2,-1,-4). (2)求点P关于Oxy平面对称的点的坐标; 解:由于点P关于Oxy平面对称后,它在x轴、y轴的分量不变,在z轴的 分量变为原来的相反数,所以对称点坐标为P2(-2,1,-4). 数学·选择性必修第一册 目 录 (3)求点P关于点M(2,-1,-4)对称的点的坐标. 解:设对称点为P3(x,y,z),则点M为线段PP3的中点, 由中点坐标公式,可得x=2×2-(-2)=6, y=2×(-1)-1=-3,z=2×(-4)-4=-12, 所以P3的坐标为(6,-3,-12). 数学·选择性必修第一册 目 录 【规律方法】 空间点的对称问题的解题策略 (1)空间点的对称问题可类比平面直角坐标系中点的对称问题,要掌握 对称点的变化规律,才能准确求解; (2)对称点的问题常常采用“关于谁对称,谁保持不变,其余坐标相 反”这个结论. 数学·选择性必修第一册 目 录 训练3 已知点P(2,3,-1)关于坐标平面Oxy的对称点为P1,点P1关 于坐标平面Oyz的对称点为P2,点P2关于z轴的对称点为P3,则点P3的坐 标为 ⁠. 解析:点P(2,3,-1)关于坐标平面Oxy的对称点P1的坐标为(2,3, 1),点P1关于坐标平面Oyz的对称点P2的坐标为(-2,3,1),点P2关 于z轴的对称点P3的坐标是(2,-3,1). (2,-3,1) 数学·选择性必修第一册 目 录 1. 判断正误.(正确的画“√”,错误的画“×”) (1)在空间中,过x轴,y轴的平面叫做Oxy平面. ( √ ) (2)空间直角坐标系中,在x轴上的点的坐标一定是(0,b,c)的形式. ( × ) (3)空间直角坐标系中,在Ozx平面内的点的坐标一定是(a,0,c)的 形式. ( √ ) (4)向量a的坐标可表示为a(x,y,z)的形式. ( × ) √ × √ × 数学·选择性必修第一册 目 录 2. 在空间直角坐标系中,点P(-1,-2,-3)到平面Oyz的距离是 (  ) A. 1 B. 2 C. 3 D. 解析:点P到平面Oyz的距离就是点P的横坐标的绝对值. √ 3. 点P(1,1,1)关于Oxy平面的对称点P1的坐标为 ⁠ ;点P关于z轴的对称点P2的坐标为 ⁠. 解析:点P(1,1,1)关于Oxy平面的对称点P1的坐标为(1,1,- 1),点P关于z轴的对称点P2的坐标为(-1,-1,1). (1,1,-1) (-1,-1,1) 数学·选择性必修第一册 目 录 4. 如图所示,在正方体ABCD-A1B1C1D1中建立空间直角坐标系,P为 C1D1的中点,若正方体的棱长为1,则点P的坐标为 ⁠, 的坐标为 ⁠. ( ,1,1) (1,0,1) 解析:由题意可知,点P的坐标为( ,1,1),记x,y,z轴正方向上 的单位向量分别为i,j,k,则 =i, =j, =k,又 = + = + =i+0j+k=(1,0,1). 数学·选择性必修第一册 目 录 课堂小结 1.理清单 (1)空间直角坐标系; (2)空间点及向量的坐标表示; (3)空间点的对称问题. 2.应体会 (1)空间直角坐标系的建立、空间点及向量的坐标表示及空间点的对称 问题,运用了类比联想的思想; (2)求空间点及向量的坐标时运用了数形结合的思想. 3.避易错 混淆空间点的坐标和向量坐标的概念,只有起点在原点的向量的坐标才 和终点的坐标相同. 数学·选择性必修第一册 目 录 04 PART 课时作业 目 录 1. (2025·南京月考)设{i,j,k}是空间向量的一个单位正交基底,a= 4i-8j+3k,b=-2i-3j+7k,则a+b的坐标为(  ) A. (2,-11,10) B. (-2,11,-10) C. (-2,11,10) D. (2,11,-10) 解析: a+b=2i-11j+10k,由于{i,j,k}是空间向量的一个单位 正交基底,所以a+b=(2,-11,10). 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 √ 数学·选择性必修第一册 目 录 2. 在空间直角坐标系Oxyz中,下列说法正确的是(  ) A. 向量 的坐标与点B的坐标相同 B. 向量 的坐标与点A的坐标相同 C. 向量 与向量 的坐标相同 D. 向量 与向量 - 的坐标相同 解析: 因为A点不一定为坐标原点,所以A不正确;同理,B、C都不 正确;因为 = - ,所以D正确,故选D. √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目 录 3. 已知点B的坐标是(-1,2,1),则| |=(  ) A. B. 6 C. D. 5 解析: 由B点坐标是(-1,2,1),得 =-i+2j+k,故| |2=1+4+1=6,故| |= . √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目 录 4. (2025·枣庄月考)如图,在空间直角坐标系中,正方体ABCD- A1B1C1D1的棱长为1,B1E= A1B1,则 =(  ) A. B. C. D. 解析: 记x,y,z轴正方向上的单位向量分别为i,j,k,则 = i, =j, =k,又 = + ,B1E= A1B1,所以 = - =0i- j+k=(0,- ,1). √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目 录 5. (2025·济宁月考)在如图所示的空间直角坐标系中,已知正四棱锥P- ABCD的底面边长为2,PA=4,则PD的中点M的坐标为(  ) A. ( ,0, ) B. (- ,0, ) C. ( , , ) D. (- , , ) √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目 录 解析: 由题意知PO= = = ,点M 在x轴、y轴、z轴上的射影分别为M1,O,M2,它们在坐标轴上的坐标 分别为- ,0, ,所以点M的坐标为(- ,0, ). 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目 录 6. 〔多选〕下列各命题正确的是(  ) A. 点(1,-2,3)关于平面Oxz的对称点为(1,2,3) B. 点 关于y轴的对称点为 C. 点(2,-1,3)到平面Oyz的距离为1 D. 设{i,j,k}是空间向量单位正交基底,若m=3i-2j+4k,则m= (3,-2,4) √ √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目 录 解析:A项,关于平面Oxz的对称点,x,z不变,y变为相反数,则点(1,-2,3)关于平面Oxz的对称点为(1,2,3),正确;B项,关于y轴的对称点,y不变,x,z变为相反数,则点 关于y轴的对称点为 ,正确;C项,空间点到平面Oyz的距离为该点x坐标值的绝对值,则(2,-1,3)到平面Oyz的距离为2,错误;D项,根据空间向量的正交分解中正交基系数的含义知m=3i-2j+4k表示m=(3,-2,4),正确.故选A、B、D. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目 录 7. 〔多选〕在空间直角坐标系Oxyz中,对于点(0,m2+2,m),下列 说法可能正确的是(  ) A. 在y轴上 B. 在Oxz坐标平面上 C. 在Oyz坐标平面上 D. 在x轴上 解析:AC 若m=0,点(0,2,0)在y轴上; 若m≠0,点(0,m2+ 2,m)的横坐标为0,纵坐标大于0,竖坐标不为0,点(0,m2+2,m) 在Oyz坐标平面上.故选A、C. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目 录 8. 在空间直角坐标系中,已知点P(1, , ),过点P作平面Oyz的 垂线PQ,则垂足Q的坐标为 ⁠. 解析:由于垂足在平面Oyz上,所以纵坐标、竖坐标不变,横坐标为0. (0, , ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目 录 9. 设x为任意实数,则点P(x,1,-3)表示的图形为 ⁠ ⁠. 解析:由空间直角坐标系中点的坐标特点可知,由于y轴上坐标与z轴 上坐标已确定,所以点P表示的图形为过(0,1,-3)且平行于x轴的 一条直线. 过(0,1,- 3)且平行于x轴的一条直线 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目 录 10. 如图,已知直四棱柱ABCD-A1B1C1D中,AA1=2,底面ABCD是直角 梯形,∠A为直角,AB∥CD,AB=4,AD=2,DC=1,请建立适当的 空间直角坐标系. (1)求四棱柱各顶点的坐标; 解:如图,以D为坐标原点,分别以DA,DC,DD1所 在直线为x,y,z轴建立空间直角坐标系. (1)D(0,0,0),A(2,0,0),B(2,4,0), C(0,1,0),A1(2,0,2),B1(2,4,2),C1 (0,1,2),D1(0,0,2). 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目 录 解:设i,j,k分别是x,y,z轴上的单位向量, = + =- - =-2i-4j+0k=(-2,- 4,0). 由题意知, = + + + =- + - - =-2i+j-4j-2k=-2i-3j-2k=(- 2,-3,-2). (2)求向量 , 的坐标. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目 录 11. 若p=xa+yb+zc,则称(x,y,z)为p在基底{a,b,c}下的坐 标.若一向量p在基底{a,b,c}下的坐标为(1,2,3),则向量p在基 底{a+b,a-b,c}下的坐标为(  ) A. ( , ,3) B. ( ,- ,3) C. (3,- , ) D. (- , ,3) √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目 录 解析: 设p在基底{a+b,a-b,c}下的坐标为(x,y,z),则p =a+2b+3c=x(a+b)+y(a-b)+zc=(x+y)a+(x- y)b+zc,所以 解得 故p在基底{a+b,a- b,c}下的坐标为( ,- ,3). 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目 录 12. 〔多选〕如图,在长方体ABCD-A1B1C1D1中,AB=5,AD=4,AA1 =3,以直线DA,DC,DD1分别为x轴、y轴、z轴,建立空间直角坐标 系,则下列说法正确的是(  ) A. 点B1的坐标为(4,5,3) B. 点C1关于点B对称的点为(5,8,-3) C. 点A关于直线BD1对称的点为(0,5,3) D. 点C关于平面ABB1A1对称的点为(8,5,0) √ √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目 录 解析:依据空间中点的坐标的定义可知,B1(4,5,3),C1(0,5,3),A(4,0,0),C(0,5,0),故A正确;设点C1关于点B(4,5,0)的对称点为(x1,y1,z1),由中点坐标公式得x1=4×2-0=8,y1=5×2-5=5,z1=0×2-3=-3,所以C1关于点B对称的点为(8,5,-3),故B错误;由AB=5,AD=4,AA1=3,易知四边形ABC1D1是正方形,所以点A关于直线BD1对称的点为C1(0,5,3),故C正确;点C关于平面ABB1A1的对称点就是点C关于点B的对称点,坐标为(8,5,0),故D正确.故选A、C、D. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目 录 13. 如图所示,正四面体ABCD的棱长为1,G是△BCD的中心,建立如图 所示的空间直角坐标系,则 的坐标为 , 的坐标 为 ⁠. (0,0,- ) (0,- ,- ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目 录 解析:由题意可知,BG= BE= × = ,所以AG= = ,所以 =0i+0j- k=(0,0,- ), = - =0i- j- k=(0,- ,- ). 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目 录 14. 已知正方体ABCD-A1B1C1D1的棱长为2,建立空间直角坐标系,如图 所示. (1)写出正方体ABCD-A1B1C1D1各顶点的坐标; 解:由题易知A(2,0,0),B(2,2,0),C(0,2,0),D(0,0,0),A1(2,0,2),B1(2,2,2),C1(0,2,2),D1(0,0,2). 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目 录 (2)求向量 在向量 上的投影向量的坐标. 解:易知向量 在向量 上的投影向量为 ,在单位正交基底{i,j,k}下, = + =- + =-2i+2j,故 =(-2,2,0). 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目 录 15. 在正三棱柱ABC-A1B1C1中,已知△ABC的边长为1,三棱柱的高为2, 试建立适当的空间直角坐标系. (1)求点A1,B,C的坐标; 解:分别取BC,B1C1的中点D,D1,连接DD1,DA, 易知DC,DA,DD1两两垂直,以D为坐标原点,分别 以 , , 的方向为x轴,y轴,z轴的正方向建 立空间直角坐标系,如图所示. (1)因为AD= ,BD=DC= ,所以A1(0, ,2),B(- , 0,0),C( ,0,0). 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目 录 解:设i,j,k分别是x,y,z轴正方向上的单位向量, 由已知,得 = =2k, =- - + =- i- j+2k, = - + = i- j+2k, 所以 =(0,0,2), =(- ,- ,2), =( ,- ,2). (2)求向量 , , 的坐标. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目 录 THANKS 演示完毕 感谢观看 $

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