内容正文:
基础课4 等差数列与等比数列
第一篇 专题二 数列
知识整合 体系构建
知识整合 体系构建
03
专题集训
02
考点突破 能力提升
真题再研 考情分析
01
内容索引
真题再研 考情分析
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一、等差数列、等比数列的基本运算
1.(2024·新课标Ⅱ卷,T12)记Sn为等差数列{an}的前n项和.若a3+a4=7,3a2+a5=5,则S10=__________.
95
设{an}的公差为d,由a3+a4=a1+2d+a1+3d=2a1+5d=7,3a2+a5=3+a1+4d=4a1+7d=5,解得a1=-4,d=3,则S10=10a1+45d=95.
2.(多选)(2025·全国二卷,T9)记Sn为等比数列的前n项和,q为的公比,且q>0.若S3=7,a3=1,则
A.q= B.a5=
C.S5=8 D.an+Sn=8
√
√
对于A,根据S3=a1+a2+a3=++a3=++1=7,得6q2-q-1=0,即(2q-1)(3q+1)=0,因为q>0,所以q=,故A正确;对于B,a5=a3q2=1×()2=,故B错误;对于C,a1==4,所以S5===,故C错误;对于D,an=a1qn-1=4×()n-1==23-n,Sn===8[1-()n]=8-=8-23-n,所以an+Sn=8,故D正确.故选AD.
二、等差数列、等比数列的性质
3.(2022·新高考Ⅱ卷,T3)图①是中国古代建筑中的举架结构,AA',BB',CC',DD'是桁,相邻桁的水平距离称为步,垂直距离称为举.图②是某古代建筑屋顶截面的
√
示意图,其中DD1,CC1,BB1,AA1是举,OD1,DC1,CB1,BA1是相等的步,相邻桁的举步之比分别为=0.5,=k1,=k2,=k3.已知k1,k2,k3成公差为0.1的等差数列,且直线OA的斜率为0.725,则k3=
A.0.75 B.0.8
C.0.85 D.0.9
设OD1=DC1=CB1=BA1=1,则DD1=0.5,CC1=k1,BB1=k2,AA1=k3,依题意,有k3-0.2=k1,k3-0.1=k2,且=0.725,所以=0.725,故k3=0.9,故选D.
三、等差、等比数列的判断与证明
4.(2023·新课标Ⅰ卷,T7)记Sn为数列{an}的前n项和,设甲:{an}为等差数列;乙:为等差数列,则
A.甲是乙的充分条件但不是必要条件
B.甲是乙的必要条件但不是充分条件
C.甲是乙的充要条件
D.甲既不是乙的充分条件也不是乙的必要条件
√
甲:{an}为等差数列,设数列{an}的首项为a1,公差为d,即Sn=na1+d,则=a1+d=n+a1-,因此为等差数列,即甲是乙的充分条件;
反之,乙:为等差数列,即-=D,=S1+(n-1)D,即Sn=nS1+n(n-1)D,Sn-1=(n-1)S1+(n-1)(n-2)D,当n≥2时,两式相减得:Sn-Sn-1=S1+2(n-1)D,即an=a1+2(n-1)D,当n=1时,上式成立,于是an=a1+2(n-1)D,又an+1-an=a1+2nD-[a1+2(n-1)D]=2D为常数,因此{an}为等差数列,则甲是乙的必要条件,所以甲是乙的充要条件.故选C.
5.(交汇创新)(2025·全国一卷,T16)已知数列中,a1=3,=+.
(1)证明:数列{nan}为等差数列;
解:证明:=+两边同时乘n(n+1),得(n+1)an+1=nan+1,
又1×a1=3,所以{nan}是首项为3,公差为1的等差数列.
(2)给定正整数m,设函数f(x)=a1x+a2x2+…+amxm,求f'(-2).
解:由(1)可知数列{nan}的通项公式为nan=3+(n-1)×1=n+2,
又f'(x)=a1+2a2x+…+mamxm-1,
故f'(-2)=3+4×(-2)+…+(m+2)×(-2)m-1,
所以-2f'(-2)=3×(-2)+4×(-2)2+…+(m+1)×(-2)m-1+(m+2)×(-2)m.
两式相减,得3f'(-2)=3+(-2)+(-2)2+…+(-2)m-1-(m+2)×(-2)m=-(m+)×(-2)m,
所以f'(-2)=-(+)×(-2)m.
考情分析
等差数列、等比数列是高考必考内容,主要考查等差数列与等比数列的通项公式与前n项和公式以及性质的应用,等差数列、等比数列的判断与证明,常以选择题、填空题或综合解答题的形式考查,属于中档题目.
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考点突破 能力提升
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1.(2025·全国二卷)记Sn为等差数列的前n项和.若S3=6,S5=-5,则S6=
A.-20 B.-15
C.-10 D.-5
核心考点一 等差数列、等比数列的基本运算 [基础性考法]
√
根据S3=3a2=6得a2=2,根据S5=5a3=-5得a3=-1,所以{an}的公差d=a3-a2=-3,所以a6=a3+3d=-10,所以S6=S5+a6=-5-10=-15.故选B.
2.(一题多解)(2025·全国一卷)若一个等比数列的各项均为正数,且前4项的和等于4,前8项的和等于68,则这个数列的公比等于_____.
2
法一:(基本量法)设等比数列为{an},其公比为q,前n项和为Sn,因为等比数列{an}的各项均为正数,所以q>0,又S4=4,S8=68,所以q≠1.由S4=4得=4 ①,由S8=68得=68 ②,=,即=1+q4=17,所以q4=16,又q>0,所以q=2.
法二:(等比数列前n项和性质法)设等比数列为{an},其公比为q,前n项和为Sn.因为等比数列{an}的各项均为正数,所以q>0.因为S4=4,S8=68,所以S8-S4=64.因为S4,S8-S4,S12-S8,…成等比数列,且公比为q4,所以q4===16,又q>0,所以q=2.
【教材溯源3】
(本题源自人教A选择性必修第二册P36例8)已知等比数列的首项为-1,前n项和为Sn,若=,求公比q.
本题与教材例题都考查了等比数列中由前n项和求公比问题,命题依据、角度、形式、解决方法都完全一致,该高考题是在2025年全国一卷试题中较为经典的源于教材的题目.
3.(2025·四川宜宾三模)设Sn为等差数列的前n项和.若S5=15,且a1,
a3,a4成等比数列,则a6=____________.
3或-
由S5=15,可得5a3=15,即a3=3,即a1+2d=3.又a1,a3,a4成等比数列,可得=a1,联立a1+2d=3,解得d=0或d=-.当d=0时,a1=3,易得a6=3,当d=-时,a1=6,可得a6=6-5×=-,所以a6=3或-.
4.(2025·江西宜春二模)记数列的前n项和为Sn,其中a1=-,an≠0,对任意的n∈N*,有++…+=1-.
(1)求数列的通项公式;
解:因为++…+=1-,
所以当n≥2,n∈N*时,++…+=1-,
两式相减可得=-,
所以an+1-an=2,
所以数列从第二项起是公差为2的等差数列,
在++…+=1-中取n=1可得=1-.
因为a1=-,所以a2=-,a2-a1=-1≠2,
所以an=
(2)求Sn.
解:由(1)知,当n≥2时,Sn=a1+=a1+,
所以Sn=-+=n2-+3.
当n=1时,S1=a1=-=12-×1+3,
所以Sn=n2-+3.
规律反思
等差数列、等比数列运算问题的求解策略
1.抓住基本量:首项a1、公差d或公比q.
2.熟悉一些结构特征:如前n项和为Sn=an2+bn(a,b是常数)的形式的数列为等差数列,通项公式为an=p·qn-1(p,q≠0)的形式的数列为等比数列.
注意 由于等比数列的通项公式、前n项和公式中变量n在指数位置,所以常用两式相除(即比值的方式)进行相关计算,注意整体思想及方程思想的运用.
1.(2025·山西晋中三模)已知是公差为1的等差数列,Sn是其前n项和,若S6=S9,则a9=
A.1 B.2
C.-2 D.-5
核心考点二 等差数列、等比数列的性质 [基础性考法]
√
因为S6=S9,所以S9-S6=a7+a8+a9=0.由等差数列的性质得3a8=0,所以a8=0,所以a9=a8+1=1.故选A.
2.(一题多解)(2023·新课标Ⅱ卷)记Sn为等比数列{an}的前n项和,若S4=-5,S6=21S2,则S8=
A.120 B.85
C.-85 D.-120
√
法一:设等比数列{an}的公比为 q,首项为a1,若q=1,则S6=6a1=3×2a1=3S2,与题意不符,所以q≠1;由S4=-5,S6=21S2可得,=-5,=21× ①,由①可得,1+q2+q4=21,解得q2=4,所以S8==×(1+q4)=-5×(1+16)=-85.故选C.
法二:设等比数列{an}的公比为q,因为S4=-5,S6=21S2,所以q≠-1,否则S4=0,从而S2,S4-S2,S6-S4,S8-S6成等比数列,所以(-5-S2)2=S2(21S2+5),解得S2=-1或S2=.当S2=-1时,S2,S4-S2,S6-S4,S8-S6,即为-1,-4,-16,S8+21,易知,S8+21=-64,即S8=-85;当S2=时,S4=a1+a2+a3+a4=(a1+a2)(1+q2)=(1+q2)S2>0,与S4=-5矛盾,舍去.故选C.
【教材溯源4】
(本题源自人教A选择性必修第二册P37例9)已知等比数列{an}的公比q≠1,前n项和为Sn.证明Sn,S2n-Sn,S3n-S2n成等比数列,并求这个等比数列的公比.
该高考题可以利用本例题的结论求解.
3.(多选)设等比数列{an}的公比为q,其前n项和为Sn,前n项积为Tn,并且满足条件a1>1,a6a7>1,<0,则下列结论正确的是
A.q>1
B.0<a6a8<1
C.Sn的最大值为S7
D.Tn的最大值为T6
√
√
由条件a1>1,a6a7>1,<0,可得a6>1,0<a7<1,所以=q∈(0,1),并且an=a1>0,a1>a2>…>an,即{an}是递减的正项数列,故A错误;对于B,0<a6a8=<1,故B正确;对于C,Sn-=an>0,即Sn>对任意的n∈N*都成立,故C错误;对于D,因为当n≥7时,an<1;当1≤n≤6时,an>1,所以T6是Tn的最大值,故D正确.故选BD.
4.已知等比数列共有2n+1项,a1=1,所有奇数项的和为85,所有偶数项的和为42,则公比q=______.
2
依题意,a1+a3+a5+…+a2n+1=85,即a2q+a4q+…+a2nq=84,而a2+a4+…+a2n=42,所以q=2.
规律反思
等差、等比数列的性质问题的求解策略
1.抓关系:抓住项与项之间的关系及项的序号之间的关系,从这些特点入手,选择恰当的性质进行求解.
2.用性质:数列是一种特殊的函数,具有函数的一些性质,如单调性、周期性等,可利用函数的性质解题.
核心考点三 等差、等比数列的判定与证明 [综合性考法]
典例
已知数列{an}满足a1=1,a2=3,=3-2an(n∈N*).
(1)证明:数列{-an}是等比数列;
解:证明:因为=3-2an,所以-=2(-an).
因为a1=1,a2=3,
所以{-an}是以a2-a1=2为首项,2为公比的等比数列.
(2)求数列{an}的通项公式;
解:由(1)得-an=2n(n∈N*),
所以an=(an-)+()+…+(a2-a1)+a1=++…
+2+1=2n-1(n≥2).
又a1=1符合上式,所以an=2n-1(n∈N*).
(3)若数列{bn}满足·…·=(an+1(n∈N*),证明:{bn}是等差数列.
解:证明:因为·…·=(an+1,
所以=,
所以2[(b1+b2+…+bn)-n]=nbn,①
2[(b1+b2+…+bn+)-(n+1)]=(n+1).②
②-①,得2(-1)=(n+1)-nbn,
即(n-1)-nbn+2=0,③
则n-(n+1)+2=0.④
④-③,得n-2n+nbn=0,即-2+bn=0,
所以-=-bn(n∈N*),
所以{bn}是等差数列.
规律反思
证明数列{an}是等差数列或等比数列的方法
1.证明数列{an}是等差数列:一是利用定义,证明an+1-an(n∈N*)为一常数.二是利用等差中项,即证明2an=an-1+an+1(n≥2).
2.证明数列{an}是等比数列:一是利用定义,证明(n∈N*)为一非零常数.二是利用等比中项,即证明=an-1an+1(n≥2,an≠0).
注意 证明{an}不是等差、等比数列可用特值法.
预测练1.(多选)(2025·广东惠州三模)已知等差数列与等比数列的前n项和分别为Sn,Tn,则下列结论中正确的是
A.数列是等比数列
B.Tn可能为2n-1
C.数列是等差数列
D.数列是等比数列
√
√
√
对于A,由题设an+1-an=d为定值,则==2d>0且为定值,故A正确;对于B,若是首项为1,公比为2的等比数列,则Tn==2n-1,故B正确;对于C,对于数列,n=1时无意义,故不可能为等差数列,故C错误;对于D,若的公比为q,则,公比为q2的等比数列,故D正确.故选ABD.
预测练2.设Sn为数列{an}的前n项和,bn为数列{Sn}的前n项积,已知+=2.
(1)证明:数列{bn}是等差数列;
解:证明:因为bn是数列{Sn}的前n项积,所以n≥2时,Sn=,
代入+=2可得+=2,
整理可得2+1=2bn,即bn-=(n≥2).
又+==2,所以b1=,
故{bn}是以为首项,为公差的等差数列.
(2)求{an}的通项公式.
解:由(1)可知,bn=+(n-1)=,则+=2,所以Sn=,
当n=1时,a1=S1=,
当n≥2时,an=Sn-=-=-.
故an=
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专 题 集 训
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1.(2024·全国甲卷)记Sn为等差数列{an}的前n项和,已知S5=S10,a5=1,则a1=
A. B.
C.- D.-
√
由S5=S10,得=,所以5a3=5(a3+a8),所以a8=0,公差d==-,所以a1=a5-4d=1-4×=.故选B.
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2.(2025·山东滨州二模)设为等比数列,且a2+a3=3,a3+a4=6,则a7+a8=
A.12 B.24
C.48 D.96
√
设数列的公比为q.由a2+a3=3,a3+a4=6可得==q=2,所以a7+a8=q5=3×25=96.故选D.
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3.(2025·河北秦皇岛三模)在等差数列中,若a8=1,3a6+2a4=a2,则的前8项和为
A.26 B.50
C.-2 D.-6
√
设等差数列的公差为d.因为a8=1,3a6+2a4=a2,可得3+2=1-6d,解得d=,所以an=a8+(n-8)d=n-3,所以a3n-1=,所以数列的前8项和为S8=8×+×=26.故选A.
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4.(2025·广东珠海模拟)已知是等差数列,Tn是数列的前n项积,若a3=3,则T5=
A.15 B.21
C.108 D.243
√
因为是等差数列,设其公差为d.因为log2an-log2an-1=log2=d,所以=2d,所以是等比数列,所以T5=a1a2a3a4a5=a3=·a3·==35=243.故选D.
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5.(2025·江西赣州二模)设等比数列的前n项和为Sn,若S20=21,S30=49,则S10=
A.-7 B.7
C.63 D.7或63
√
由等比数列片段和的性质知,S10,S20-S10,S30-S20成等比数列,所以=S10(S30-S20),则=S10(49-21),所以-70S10+441=(S10-7)(S10-63)=0,则S10=7或S10=63.设等比数列的公比为q,若S10=63时,则S20-S10=S10q10⇒-42=63·q10,而q10>0,显然等式不成立;若S10=7时,则S20-S10=S10q10⇒14=7·q10⇒q10=2>0,满足题设;所以S10=7.故选B.
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6.(2025·安徽蚌埠模拟)已知数列的前n项和为Sn,Sn=an+1-2且a1=1,则
A.数列是等比数列
B.a2a4=
C.a4+a7<a5+a6
D.数列是等比数列
√
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对于A,由Sn=an+1-2,可得Sn-1=an-2,两式相减得Sn-Sn-1=an+1-2-,所以an=an+1-an,所以an+1=2an,所以=2,当n=1时,S1=a2-2,又a1=1,所以a2=3,所以=3,所以数列不是等比数列,故A错误;对于B,由A可知,数列去掉第一项,可构成以a2=3为首项,2为公比的等比数列,所以a2a4=,故B正确;
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对于C,由A可得an=所以a4+a7=3×22+3×25=108,a5+a6=3×23+3×24=72,所以a4+a7>a5+a6,故C错误;对于D,由C可得S1=1,S2=3+1=4,S3=4+6=10,所以≠,所以数列不是等比数列,故D错误.故选B.
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7.(2025·安徽淮北二模)设数列的前n项和为Sn,对任意正整数n有Sn+2=4Sn+3,下列命题正确的有
A.若a1=1,则S3=7
B.一定不是等差数列
C.若为等比数列,则公比为2
D.若a1=1,a2=2,则为等比数列
√
√
√
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对于A,若a1=1,当n=1时,S3=4S1+3=4a1+3=7,故A正确;对于B,假设是等差数列,设公差为d,则Sn=na1+d,Sn+2=a1+d,由Sn+2=4Sn+3得a1+d=4na1+d+3,即d+n+=2n2d+n+ 3,根据多项式相等可
得方程组无解,所以一定不是等差数列,故B正确;
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对于C,若为等比数列,由Sn+2=4Sn+3,Sn+3=4Sn+1+3两式相减得an+3=4an+1,即anq3=4anq.由an≠0得q2=4,解得q=±2,故C错误;对于D,若a1=1,a2=2,则S1=a1=1,S2=a1+a2=1+2=3.当n=1时,S3=4S1+3=7,所以a3=S3-S2=7-3=4.当n≥2时,Sn+2=4Sn+3,Sn+1=4Sn-1+3,两式相减可得an+2=4an,即=4,所以数列的奇数项是以a1=1为首项,4为公比的等比数列,偶数项是以2为首项4为公比的等比数列.又=2,=2,所以数列为等比数列,故D正确.故选ABD.
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8.(2025·湖北武汉二模)已知数列满足a1+2a2+…+2n-1an=n·2n,{an}的前n项和为Sn,则
A.a1=2
B.数列是等比数列
C.Sn,S2n,S3n构成等差数列
D.数列的前100项和为
√
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对于A,当n=1时,可得a1=1×21=2,故A正确;对于B,a1+2a2+…+2n-1an=n·2n,当n≥2时,a1+2a2+…+2n-2an-1=·2n-1,两式相减可得2n-1an=n·2n-·2n-1=2n-1,所以an=n+1,当n=1,a1=2适合上式,所以an=n+1;由=不是常数,所以数列不是等比数列,故B错误;
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对于C,由an=n+1可知,an-an-1=n+1-n=1,所以是以2为首项,1为公差的等差数列,所以Sn=2n+,所以S2n=4n+,S3n=6n+,Sn+S3n=2n++6n+=8n+5n2-2n.又2S2n=8n+4n2-2n,所以Sn+S3n≠2S2n,所以Sn,S2n,S3n不构成等差数列,故C错误;对于D,==-,所以+++…+=-+-+-+…+-=-==,故D正确.故选AD.
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9.已知数列满足=,若a1=,则=_____.
因为=,a1=,所以a2===2,a3===-1,a4===,所以数列的周期为3.所以=
=a1=.
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10.设等比数列{an}的前n项和为Sn.若a2a10=2,且S4-S12=λS8,则λ=_______.
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设等比数列{an}的公比为q,由题意可知q≠1.因为a2a10=2,所以q10=2q6,得q4=2.因为S4-S12=λS8,所以-=,所以1-q4-(1-q12)=λ(1-q8),所以q12-q4=λ(1-q8),(q4)3-q4=λ[1-(q4)2],所以8-2=-3λ,解得λ=-2.
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11.(13分)已知数列的前n项和为Sn,且=.
(1)若S3=2,求a3;
解:令n=1,可得=,故S2=a3.
又S3=a1+a2+a3=2a3=2,所以a3=1.
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(2)若a2=2a1,求关于n的表达式.
解:由=,可得=,=,…,=,
两边分别相乘得=,所以a2Sn=anan+1.
当n≥2时,a2Sn-1=an-1an,
所以a2Sn-a2Sn-1=anan+1-an-1an,
即a2=an,即a2an=an,
由题可知an≠0,所以an+1-an-1=a2,
所以的奇数项、偶数项均成公差为a2的等差数列.
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所以a2n-1=a1+(n-1)a2=(2n-1)a1,a2n=a2+(n-1)a2=2na1,
所以an=na1.
所以Sn=a1+2a1+3a1+…+(n-1)a1+na1
=[1+2+3+…+(n-1)+n]a1=,
故==.
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12.(15分)(新定义)如果一个数列从第二项起,每一项与它前一项的比都大于3,则称这个数列为“G型数列”.
(1)若数列{an}满足2an=Sn+1,判断{an}是否为“G型数列”,并说明
理由;
解:易知当n=1时,可得2a1=S1+1=a1+1,即a1=1;
而当n=2时,2a2=S2+1=a1+a2+1,
可得a2=2;
此时==2<3,不满足“G型数列”定义,猜想:数列{an}不是“G型数列”,证明如下:
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由2an=Sn+1可得,
当n≥2时,2=+1,
两式相减可得2an-2=Sn-=an,可得an=2,
此时从第二项起,每一项与它前一项的比为=2<3,因此{an}不是“G型数列”.
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(2)已知正项数列{an}为“G型数列”,a1=1,数列{bn}满足bn=an+2,n∈N*,{bn}是等比数列,公比为正整数,且不是“G型数列”,求数列{an}的通项公式.
解:设数列{bn}的公比为q,易知q∈N*.
又因为数列{bn}不是“G型数列”,可得q≤3,
可得==q,
即得=qan+2q-2.
又数列{an}为“G型数列”,
可得=q+>3,
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易知“G型数列”为递增数列,因此当n趋近于正无穷大时,q+趋近于q,即可得q≥3,
综上可得q=3,即=3an+4,
可得+2=3(an+2),
所以数列{an+2}是以a1+2=3为首项,公比为3的等比数列,
即可得an+2=3×=3n,可得an=3n-2,
所以数列{an}的通项公式为an=3n-2.
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