内容正文:
习题讲评(二) 基本初等函数、函数与方程
(1)基本初等函数考查点主要涉及指数式和对数式的运算,指、对、幂比较大小,指、对、幂函数的图象及应用.
(2)函数的零点个数及参数范围可单独考查,也可渗透在导数大题中考查,应特别关注.
(3)函数模型及应用是近几年高考的热点,常涉及指数函数、对数函数模型,主要考查指、对数式的运算.
教学点(一) 基本初等函数的图象与性质
[例1] (2025·全国Ⅰ卷)若实数x,y,z满足2+log2x=3+log3y=5+log5z,则x,y,z的大小关系不可能是 ( )
A.x>y>z B.x>z>y
C.y>x>z D.y>z>x
解析:选B
法一:数形结合法
设2+log2x=3+log3y=5+log5z=t,则x=2t-2=f(t),y=3t-3=g(t),z=5t-5=h(t).根据指数函数的单调性,易知各方程只有一个根,在同一平面直角坐标系中画出函数f(t),g(t),h(t)的图象,
(提示:可先画出y=2t,y=3t,y=5t的图象,然后分别向右平移2,3,5个单位长度,即可得到函数f(t),
g(t),h(t)的图象)
由图可知x,y,z的关系不可能为x>z>y,故选B.
法二:特殊值法
令2+log2x=3+log3y=5+log5z=0,得x=,y=,z=,此时x>y>z;令2+log2x=3+log3y=5+log5z=5,得x=8,y=9,z=1,此时y>x>z;令2+log2x=3+log3y=5+log5z=8,得x=26=64,y=35=243,z=53=125,此时y>z>x.故选B.
拓展延伸:
(1)在对数式、指数式的互化运算中,要注意灵活运用定义、性质和运算法则.
(2)对于连等式可令其等于k(k>0),然后将指数互化.
[例2] (2025·临汾三模)已知f(x)=log2(1+4-x)+x,则满足f(2m-3)<f(m)的实数m的取值范围为 ( )
A.(1,3) B.
C.(-∞,3) D.(3,+∞)
解析:选A
由f(x)=log2(1+4-x)+x,易知其定义域为R,由f(-x)-f(x)=log2(1+4x)-x-log2(1+4-x)-x=log2-2x=log24x-2x=2x-2x=0,则函数f(x)为偶函数,f(x)=log2(1+4-x)+x=log2(1+2-2x)+log22x=log2(2x+2-x).由y=2x在R上单调递增,y=x+在(0,1)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增,则y=2x+在(-∞,0)上单调递减,在(0,+∞)上单调递增,即函数f(x)在(0,+∞)上单调递增,在(-∞,0)上单调递减.由f(2m-3)<f(m),则|2m-3|<|m|,即(2m-3)2<m2,
(利用函数的单调性与奇偶性将“f”号脱掉,使其转化为关于m的不等式求解)
整理可得3m2-12m+9<0,分解因式可得(m-3)(m-1)<0,解得1<m<3.
拓展延伸:对勾函数y=ax+(a>0,b>0)的图象和性质
(1)图象:
(2)性质:①定义域: (-∞,0)∪(0,+∞);值域:(-∞,-2]∪[2,+∞).
②奇偶性:奇函数.
③单调性:在区间,上单调递增,在,上单调递减.
④渐近线:y轴,直线y=ax.
|思|维|建|模|
(1)对数函数与指数函数的单调性都取决于其底数的取值,当底数a的值不确定时,要注意分a>1和0<a<1两种情况讨论;
(2)由指数函数、对数函数与其他函数复合而成的函数,往往通过换元法转化为若干个基本初等函数,然后根据复合函数的性质与相关函数的性质之间的关系进行判断.
[即时训练]
[练1] (2025·保定一模)[多选]下列不等式成立的有 ( )
A.log0.30.2>log0.20.3 B.0.30.2>0.20.3
C.log30.2<log20.2 D.30.2<20.3
解析:选AB
对于A,log0.30.2>log0.30.3=1,log0.20.3<log0.20.2=1,故log0.30.2>log0.20.3,故A正确;对于B,0.30.2>0.30.3>0.20.3,故0.30.2>0.20.3,故B正确;对于C, 由于log30.2<0,log20.2<0,故===log23>1,故log30.2>log20.2,故C错误;对于D,30.2=,20.3=,因为=32=9,=8,所以>,故30.2>20.3,故D错误.故选AB.
拓展延伸:比较幂、指、对数式的常用方法:
(1)求同存异法比较大小,如果两个指数或对数的底数相同,则可通过真数的大小与指数、对数函数的单调性判断出指数或对数的大小关系,要熟练运用指数、对数公式、性质,尽量将比较的对象转化为某一部分相同的形式.
(2)利用特殊值作“中间量”,在指数、对数中通常可优先选择“-1,0,,1”对所比较的数进行划分,然后再进行比较.
[练2] (2025·武汉模拟)已知正数a,b满足log3a=log4b,则a与b的关系不可能是 ( )
A.b<a<1 B.a<<1
C.1<a<b D.1<a<
解析:选D
设log3a=log4b=t,则a=3t,b=4t,即=2t.当t<0时,y=xt在(0,+∞)上为减函数,而函数y=2x在R上为增函数,则20=1>2t>3t>4t,即b<a<<1,故A、B可能成立;当t=0时,则3t=4t=1,即b=a=1;当t>0时,y=xt在(0,+∞)上单调递增,则20=1<2t<3t<4t,即1<<a<b,故C可能成立,D不可能成立.
[练3] (2025·合肥三模)已知f(x)=|ln(x-a)|,其中a>0,若f(x1)=f(x2),x1≠x2,a(x1+x2)<x1x2,则a的取值范围为 ( )
A.(1,+∞) B.(2,+∞)
C.(1,2) D.(0,1)
解析:选D
由题意,得f(x)的定义域为(a,+∞),因为f(x)=|ln(x-a)|=根据y=ln x的函数图象以及图象变换可画出f(x)的函数图象,
则f(x)在(a+1,+∞)上单调递增,在(a,a+1)内单调递减.不妨设0<a<x1<x2,又f(x1)=f(x2),
f(x1)=-ln(x1-a),f(x2)=ln(x2-a),则-ln(x1-a)=ln(x2-a),即(x2-a)(x1-a)=1,则x1x2-a(x1+x2)+a2=1.因为a(x1+x2)<x1x2,所以1-a2>0,解得-1<a<1,则0<a<1,故a的取值范围为(0,1).
教学点(二) 函数模型及其应用
[典例] (2025·北京高考)在一定条件下,某人工智能大语言模型训练N个单位的数据量所需要时间T=klog2N(单位:小时),其中k为常数.在此条件下,已知训练数据量N从106个单位增加到1.024×109个单位时,训练时间增加20小时;当训练数据量N从1.024×109个单位增加到4.096×109个单位时,训练时间增加(单位:小时) ( )
A.2 B.4
C.20 D.40
解析:选B
设当N取106个单位、1.024×109个单位、4.096×109个单位时所需时间分别为T1,T2,T3,由题意,得T1=klog2106=6klog210,
(解题提示:公式logaMn=nlogaM(n∈R)的应用)
T2=klog2(1.024×109)=klog2(210×106)=k(10+6log210),T3=klog2(4.096×109)=klog2(212×106)=k(12+6log210).
因为T2-T1=k(10+6log210)-6klog210=10k=20,所以k=2.所以T3-T2=k(12+6log210)-k(10+6log210)=2k=4,
所以当训练数据量N从1.024×109个单位增加到4.096×109个单位时,训练时间增加4小时.
|思|维|建|模|
1.已知函数模型解决实际问题的关键
(1)认清所给函数模型,弄清哪些量为待定系数.
(2)根据已知利用待定系数法,确定模型中的待定系数.
(3)利用该函数模型,借助函数的性质、导数等求解实际问题,并进行检验.
2.解决函数模型应用问题的卡壳点
(1)错误理解题意,不能把实际应用问题转化为指数、对数的运算问题;
(2)运算失误,没有熟练掌握指数、对数的运算法则及性质,不能借此得到正确的结果.
[即时训练]
[练1] 已知火箭的最大速度v(单位:km/s)与燃料质量M(单位:kg)、火箭(除燃料外)的质量m(单位:kg)的函数关系为v=2ln.若已知火箭的质量为3 100 kg,火箭的最大速度为11 km/s,则火箭需要加注的燃料质量为(参考数值:ln 2≈0.69,ln 244.69≈5.50,结果精确到0.01 t,1 t=1 000 kg) ( )
A.890.23 t B.755.44 t
C.244.69 t D.243.69 t
解析:选B
根据题意,知m=3 100,令v=2ln=11,则ln=ln e11,所以=e11,则1+=e5.5,即=e5.5-1≈eln 244.69-1=244.69-1=243.69,所以M=3 100×243.69=755 439 kg≈755.44 t.
[练2] 夏季天气炎热,某教室上课关门窗开空调,造成二氧化碳含量增加,按照《中小学校教室换气卫生要求》(GB/T177226-2017)规定,中小学校教室内二氧化碳日均最高容许浓度不得超过0.10%,经检测,该教室某日刚下课时,空气中二氧化碳浓度为0.14%,记下课开窗通风t分钟后教室内的二氧化碳浓度为y%,且y随时间t(单位:分钟)的变化规律可以用函数y=k∞+(k0-k∞)描述,k0%是二氧化碳初始浓度,k∞=0.03,则该教室内的二氧化碳浓度不超过0.10%需要的时间t的最小整数值为(参考数据:ln 7≈1.946,ln 11≈2.398) ( )
A.3 B.4
C.5 D.6
解析:选C
由题意可知,y=0.03+(0.14-0.03)=0.03+0.11,即0.03+0.11≤0.1,则≤,解得 t≥10(ln 11-ln 7)≈10×(2.398-1.946)=4.52,所以该教室内的二氧化碳浓度不超过0.10%需要的时间t的最小整数值为5.
教学点(三) 函数与方程
[例1] (2025·长沙二模)若函数f(x)=与直线y=a恰有三个交点,则a的取值范围是 ( )
A.[1,2] B.(1,2)
C.(1,2] D.[1,2)
解析:选D
画出f(x)的图象,
由图象可知a的取值范围是[1,2).
习得方略:翻折变换的类型
(1)水平方向:f(x)→f(|x|)=“保留y轴及其右侧图象,并将y轴右侧图象翻折到y轴左侧”.
(2)竖直方向:f(x)→|f(x)|=“保留x轴及其上方图象,并将x轴下方图象翻折到x轴上方”.
|思|维|建|模|
根据函数零点个数或方程有根求参数的值(取值范围)
直接法
利用零点构建关于参数的方程(组)或不等式(组),直接求解
参数
分离法
将参数与自变量分离,转化为求函数的最值或值域的问题加以解决
数形
结合法
对f(x)=0适当变形,将函数零点的问题转化为两个函数图象的交点问题,利用数形结合法求解
[例2] (2025·长沙三模)已知函数 f(x)=则方程 f(x)=-x+的根的个数为 ( )
A.2 B.3
C.4 D.5
解析:选B
当x≥0时,f(x)=f(x-2),故2是f(x)的一个周期.又0≤x<2时,-2≤x-2<0,则f(x)=f(x-2)=ex-2,令g(x)=-x+,作出函数y=f(x)和y=g(x)的函数图象.因为f(2)=f(0)=f(-2)=e-2<g(2)=,
f(4)=f(2)=e-2>g(4)=0,结合图象可知,f(x)和g(x)的函数图象交点个数为3.
|思|维|建|模| 求解函数零点个数的基本方法
直接法
令f(x)=0,方程有多少个解,则f(x)有多少个零点
定理法
利用函数零点存在定理时往往还要结合函数的单调性、奇偶性等
图象法
一般是把函数拆分为两个简单函数,依据两函数图象的交点个数得出函数的零点个数
[例3] (多选)已知函数f(x)=若函数y=f(x)-m有4个不同的零点x1,x2,x3,x4,且x1<x2<x3<x4,则下列结论正确的是 ( )
A.0<m<1 B.x1x2=1
C.x3+x4=4 D.的取值范围为(4+,6)
解析:选ABD
由题得f(x)=作出y=f(x)和y=m的图象,如图所示.
因为函数y=f(x)-m有4个不同的零点x1,x2,x3,x4,且x1<x2<x3<x4,所以0<m<1.令f(x)=m,则由图可知log2x2=-log2x1,x3+x4=8,故x1x2=1,x3+x4=8,0<m<1,故C错误,A、B正确;令x2-8x+13=1,则x=2或x=6;令x2-8x+13=0,则x=4-或x=4+,所以4+<x4<6,所以=x4∈(4+,6),故D正确.
习得方略:
(1)判断两零点是否“轴对称”,一旦满足了对称性,两零点之和为定值.
(2)以数形结合的方法确定零点的取值范围.
[即时训练]
[练1] (2025·天津高考)函数f(x)=0.3x-的零点所在区间是 ( )
A.(0,0.3) B.(0.3,0.5)
C.(0.5,1) D.(1,2)
解析:选B
法一 易知y=0.3x与y=-在[0,+∞)上单调递减,所以f(x)在[0,+∞)上单调递减.f(0)=1>0,
f(0.3)=0.30.3-0.>0,f(0.5)=-<0,f(1)=-0.7<0,f(2)=0.09-<0,根据函数零点存在定理,可得零点所在区间是(0.3,0.5).故选B.
法二:特值法 依据二分法,直接选取区间最小的验证.因为y=0.3x与y=-在[0,+∞)上单调递减,
f(0.5)=-<0,f(0.3)=0.30.3-0.30.5>0,故B正确.
法三:数形结合 令f(x)=0,则0.3x=,即求g(x)=0.3x与h(x)=的图象交点横坐标所在的范围.因为g(0.5)=,h(0.5)=,y=在[0,+∞)上单调递增,所以g(0.5)<h(0.5).因为g(0.3)=0.30.3,h(0.3)=0.30.5,y=0.3x为减函数,所以g(0.3)>h(0.3),所以图象交点横坐标所在范围为(0.3,0.5).
易错提醒:函数零点存在定理使用两大误区
误区1
忽视定义域,对于函数在整个定义域上不连续或单调性发生变化的情况,使用函数零点存在定理要分区间进行,在各个小区间上分别研究,这样才能保证得到的答案是全面的、正确的
误区2
不会赋值,在单调区间内找两个符号相反的函数值时,一般直接猜数赋值,若行不通,则通过局部确定范围或消项,借助放缩法、分析法等,探究合适的赋值
[练2] 已知函数f(x)=|ln(x+1)|-k有两个零点a,b(a<b),则a+2(b+1)的取值范围为 .
解析:易知函数f(x)的定义域为(-1,+∞),
令f(x)=0,得|ln(x+1)|=k,
,
函数f(x)=|ln(x+1)|-k有两个零点a,b(a<b),由图易知k>0,-1<a<0,b>0,且-ln(a+1)=ln(b+1)=k,得b+1=,
.
令a+1=t,则t∈(0,1),则a+2(b+1)=t+-1(0<t<1).易知y=t+-1在区间(0,1)上单调递减,则y=t+-1>2,所以a+2(b+1)的取值范围为(2,+∞).
答案:(2,+∞)
习得方略:①处,数形结合时,要注意作出相对准确的图象,重点关注函数的临界值、极值、单调性等,如y=|ln(x+1)|的图象以直线x=-1为渐近线;
②处,看似符合“基本不等式”模型,实则不满足基本不等式的取等条件,故可通过换元法,利用函数的单调性求范围,换元时注意新元的取值范围.
[课时验收评价]
一、单项选择题
1.(2025·南开二模)已知a=log3,b=lo3,c=,则 ( )
A.a>b>c B.c>b>a
C.b>c>a D.b>a>c
解析:选C
由a=log3<log33=1,b=lo3===2log23=log29>log28=3,c=>20=1,c=<21=2,所以满足b>c>a,故选C.
2.(2025·长沙一模)已知lg a+lg b=0(a>0,b>0,且a≠1,b≠1),则函数f(x)=a-x与g(x)=logbx的图象可能是 ( )
解析:选B
由lg a+lg b=0,可知=b,故f(x)=a-x=bx,故函数f(x)=a-x与函数g(x)=logbx的单调性相同,y=ax(a>0,且a≠1)的图象y=logax(a>0,且a≠1)的图象.
3.(2025·漳州一模)某工厂产生的废气经过滤后排放,过滤过程中废气中的污染物含量P(单位:mg/L)与时间t(单位:h)间的关系为P=P0e-kt,其中P0,k>0,若在前5 h内消除了10%的污染物,则15 h后污染物含量还剩余 ( )
A.70% B.85%
C.81% D.72.9%
解析:选D
当t=0时,P=P0e-k·0=P0;当t=5时,=0.9,即e-5k=0.9;当t=15时,=e-15k==0.93=0.729=72.9%,故选D.
4.(2025·长春三模)若函数f(x)=loga(a>0且a≠1)在区间[1,2]上单调递减,则实数a的取值范围是 ( )
A. B.
C. D.(1,+∞)
解析:选A
f(x)=loga是由t=ax-,y=logat复合而成,由题意知a>0,则t=ax-在区间[1,2]上单调递增,若函数f(x)=loga(其中a>0且a≠1)在区间[1,2]上单调递减,所以y=logat单调递减,可得0<a<1.又t=ax->0对于x∈[1,2]恒成立,
易错提醒:解决此类问题要注意复合函数的定义域,不要漏掉“t=ax->0对于x∈[1,2]恒成立”而导致错解.
所以tmin=t(1)=a->0,解得a>,
综上所述,<a<1.
5.(2025·岳阳二模)若函数f(x)有唯一零点,且f(x+1)=x2-1+a(ex+e-x),则a= ( )
A.- B.
C. D.1
解析:选C
由于f(x)有唯一的零点,所以f(x+1)也有唯一的零点,由于y=x2-1,y=a(ex+e-x)均为偶函数,所以g(x)=f(x+1)为偶函数,因此g(0)=f(1)=-1+2a=0,故a=,故选C.
(若奇(偶)函数有奇数个零点,则0是函数的零点,若有偶数个零点,则0一定不是其零点)
6.已知0<b<1,若ea+ln b=-a,则下列结论正确的是 ( )
A.a>b-1 B.a>b-2
C.ea<b-1 D.ea<b-2
解析:选D
由ea+ln b=-a,可得ea+a=+ln.因为0<b<1,所以1<<,所以+ln<+ln<+ln.设函数f(x)=ex+x,则f<f(a)<f,易知f(x)在R上单调递增,所以ln<a<ln,即b-1<ea<b-2.
7.已知函数f(x)=则关于x的方程f(x)=ax+2的根的个数不可能是 ( )
A.0 B.1
C.2 D.3
解析:选C 作出函数y=f(x)的图象,如图所示,将原问题转化为直线y=ax+2(过定点(0,2))与函数y=f(x)的图象交点的个数.由图可知,当a=0时,直线y=2与函数y=f(x)的图象只有一个交点;当a<0时,直线y=ax+2与函数y=f(x)的图象没有交点;当a>0时,直线y=ax+2与函数y=f(x)的图象有三个交点,所以直线y=ax+2与函数y=f(x)的图象不可能有两个交点.
8.已知f(x)是定义在R上的函数,且f(x-2)为奇函数,若函数g(x)=ln(-x-2)(x≠-2)的图象与函数f(x)的图象有n个交点(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn),且xi=-2 024,则n的值为 ( )
A.1 010 B.1 012
C.1 014 D.1 016
解析:选B
思维路径:由f(x-2)为奇函数,得到f(x-2)=-f(-x-2),求得f(x)的图象关于点(-2,0)对称,再由g(x)=ln[-(x+2)](x≠-2),根据h(x)=ln(-x)(x≠0)的奇偶性,得到h(x)为奇函数,且g(x)的图象关于(-2,0)对称,求得n的值,得到答案.
因为f(x-2)为奇函数,所以f(x-2)=-f(-x-2),所以f(x)的图象关于点(-2,0)对称.函数g(x)=ln(-x-2)=ln[-(x+2)](x≠-2),对于函数h(x)=ln(-x)(x≠0),可得h(-x)+h(x)=ln(+x)+ln(-x)=ln(x2+1-x2)=ln 1=0,所以函数h(x)为奇函数,其图象关于原点对称,所以g(x)=h(x+2)=ln[-(x+2)](x≠-2)的图象关于(-2,0)对称,所以n为偶数,这些根成对出现,每对和为-4,所以设s=x1+x2+…+xn,则2s=-4n,所以s=-2n=-2 024,解得n=1 012.
二、多项选择题
9.(2025·鹤壁二模)设a=log0.22,b=log152,c=,则下列结论正确的有 ( )
A.ab<c B.<ab
C.c< D.<c
解析:选AC
因为a=log0.22,b=log152,所以a<0,b>0,所以ab<0,因为=+=log20.2+log215=log23>1,0<c=<1,所以ab<c<,所以B、D错误,A、C正确.
10.(2025·大理模拟)某校学生在研究折纸试验中发现,当对折后纸张达到一定的厚度时,便不能继续对折了.在理想情况下,对折次数n与纸的长边长ω(cm)和厚度x(cm)满足:n≤log2.根据以上信息,下列说法正确的是(参考数值:lg 2≈0.3) ( )
A.当对折6次时,的最小值为28
B.当对折6次时,的最小值为29
C.一张长边长为20 cm,厚度为0.05 cm的矩形纸最多能对折5次
D.一张长边长为20 cm,厚度为0.05 cm的矩形纸最多能对折7次
解析:选BC
令n=6,由题意可得log2≥6,即log2≥9,解得≥29,所以当对折6次时,的最小值为29,故B正确,A错误;当ω=20 cm,x=0.05 cm时,n≤log2=log2 400=×=×≈×≈5.8,所以该矩形纸最多能对折5次,故C正确,D错误,故选BC.
11.已知函数f(x)=ln+ex-e2-x,则 ( )
A.y=f(x)的图象关于点(1,0)对称 B.y=f(x)的图象关于直线x=1对称
C.f(x)在(0,1)内单调递增 D.函数y=|f(x)|-ex有两个零点
解析:选ACD
函数f(x)的定义域为(0,2),又f(x)=ln+ex-e2-x=ln+ex-e2-x,令y=ln,x∈(0,2),t=-1+在(0,2)内单调递增,y=ln t在(0,2)内单调递增,所以y=ln在(0,2)内单调递增,所以f(x)在(0,2)内单调递增,故C正确;因为f(1-x)=ln+e1-x-e1+x=-=-f(1+x),所以函数f(x)图象的对称中心为(1,0),故B错误,A正确;因为f(1)=0,所以当x∈(0,1)时,函数y=|f(x)|=-f(x),当x∈(1,2)时,函数y=|f(x)|=f(x),
所以y=|f(x)|在(0,1)内单调递减,在(1,2)内单调递增.又函数y=ex在R上为增函数,则函数y=|f(x)|与函数y=ex在平面直角坐标系中的图象如图所示,故函数y=|f(x)|与函数y=ex的图象在区间(0,2)上有两个交点,即函数y=|f(x)|-ex有两个零点,故D正确.
三、填空题
12.(5分)(2025·安徽三模)已知a>0,b>0,log2a=1.7,log2=-0.15,则= .
解析:因为log2=log2b=-0.15,则log2b=-0.3.又log2a=1.7,所以log2=log2a-log2b=1.7-(-0.3)=2,所以=4.
答案:4
13.(5分)(2025·宜春一模)已知函数f(x)=log2(x2-2ax)在[2,4]上的最小值是1,则a= .
解析:若a=0,x∈[2,4],则f(x)=2log2x在[2,4]上单调递增,最小值为f(2)=2log22=2,不符合题意;若a<0,则f(x)的定义域为(-∞,2a)∪(0,+∞),且由复合函数的单调性可知f(x)在[2,4]上单调递增,则最小值为f(2)=log2(4-4a)=1,解得a=,不符合题意;若a>0,则f(x)的定义域为(-∞,0)∪(2a,+∞),由题意可得[2,4]⊆(2a,+∞),则0<a<1,此时由复合函数的单调性可知
f(x)在[2,4]上单调递增,则最小值为f(2)=log2(4-4a)=1,解得a=,符合题意.综上,a=.
答案:
14.(5分)(2025·海淀三模)已知函数f(x)=若函数g(x)=f(x)-mx有三个零点,则实数m的取值范围为 .
思维路径:分离变量,转化成y=与y=m图象的交点问题,作出y=的图象,即可得到答案.
解析:易知x=0为g(x)的零点.当x≠0时,令g(x)=f(x)-mx=0,得=m,令h(x)=,可得到h(x)=作出h(x)的图象,
如图,依题意,只需y=m与y=h(x)的图象有两个交点即可.由图可得m∈(0,1)∪(2,+∞).
答案:(0,1)∪(2,+∞)
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