内容正文:
学核心青室清管中学生表理化
Y“空间何”试题精选
■江苏省南京市板桥中学
纪明亮
1.如图1,在平面四边
(1)证明:A,C2⊥平面A2B,C:D2;
形ABCD中,AB=AD=
(2)若点P在棱AA,上,当二面角P
12,CD=4√3,∠ADC=
90°,∠BAD=60°,点E、F
CD:A的正孩值为时,求A,P的长
子AD,AF
4.如图4,在三棱锥A-
满足AE=
图1
BCD中,DA=DB=DC=
AB,将△AEF沿EF翻折至△PEF,使得
1
BC=2,AB=AC=√2,E
为BC的中点。
PB=3√14。
(1)证明:AE⊥BD;
图4
(1)证明:EF⊥PD:
(2)若点F满足EF=DA,且P是EF
(2)求平面PBC与平面PBF所成二面
角的正弦值。
上一点,当二面角P-AB-D的正弦值为2y6
7
2.如图2所示,在五面体
时,求EP的长。
ABCDEF中,四边形ABCD
5.如图5,在三棱锥P-ABC中,AB⊥
与四边形ADEF均为直角梯
AC,AB=2,AC=4,PB=
形,BC∥AD,EF∥AD,AF⊥
2√3,PA=PC=2√2。D是
AD,CD⊥AD,AB=2√2,
图2
AC的中点,点E,F,G分别
AD=4,BC=EF=2,ED=
在棱PA,PB,BC上,且满
2√3,FB=4,M为AD的中点。
(1)证明:BM平面CDE;
足BP=专BP,AG1BD.
图5
(2)求二面角A-BF-E的正
(1)证明:FG∥平面PAC;
弦值。
(2)当二面角EBD-C的正弦值为
3
3.如图3,在正四棱柱
ABCD-A1B1CD1中,AB=2,
求BE的长。
6.如图6,在四面体ABCD中,AD=CD
AA1=8,点A2,B2,C2,D2分别在
棱AA,BB,CC,DD1上,且
=2,AD⊥CD,AB=CB=DB=√6,E,F分
AA,=2,BB,=DD,=4,CC,=6.
图3
别为AC,AB的中点,点G在BD上。
(1)证明:平面BED⊥平面ACG;
何体与目标几何体的体积(或直接找到体积
与“体积转化两大法”,多练习、多总结经典模型,
比例关系);化简得出体积比例,注意解题过
就能将复杂问题转化为基础问题。建议平时针
程中计算的准确性。
对四棱柱、三棱锥等载体进行专项训练,重点突
高考对立体几何中的截面与比例问题的考
破“延展找交点”“补形转化”“等体积换底”等关
查,本质是检验空间想象、逻辑推理、转化计算等
键解题环节,相信在高考中能轻松应对这类热
能力。同学们只需熟练掌握“截面作图三步法”
门题型。
(责任编辑王福华)
43
中学生数理化高数学226年4月
演练篇核心考点演练
(2)当△AGC的面积最
(2)在△ABE中,由余弦定理得BE=
小时,求二面角B-CGF的正
√AE+AB-2AB·AEcos∠BAD=3√I3。
弦值。
因为PB=3√I4,所以PE+BE=PB,则
7.如图7,已知三棱锥P
PE⊥BE。因为EF⊥PE,BE∩EF=E,
ABC的体积为√2,AB=2,
图6
BE,EFC平面ABCD,所以PE⊥平面
BC=3√2,PA=√6,PB=
ABCD。因为EF⊥DE,
√I0,PC=2。点D在BC
所以以(E京,ED,EP}为
o8.
正交基底建立如图10所
上,满足CD=
示的空间直角坐标系
(1)求点D到平面
Exy,则E(0,0,0),
PAB的距离:
图7
P(0,0,3),F(3√3,0,0),
图10
(2)当平面PBC⊥平
B(6√3,3,0),C(43,9,
面ABC,且PD=√2时,求二面角B-AP-C的
0),所以PB=(6√5,3,一3),FB=(3√,3,
正弦值。
0),BC=(-2√3,6,0)。
8.如图8,在四棱锥P-ABCD中,底面
ABCD为直角梯形,AB∥CD,
设平面PBF的一个法向量为m=(x1y1,
AB⊥AD,AB=2CD=6,BC
1),则
1mpi=65x+3y-3=0:令x
=√13,PA=2√2,PD=2,二
m·FB=33x1+3y1=0,
面角P-AD-C的大小为3。
2π
=1,得m=(1,-√3,√3)。
图8
设平面PBC的一个法向量为n=(x,y2,
(1)求四棱锥P-ABCD的体积:
|n·PB=63x2+3y2-3x=0,
(2)求平面PAD与平面PBC所成角的
之2),则
令x
n.BC=-2√3.x2+6y2=0,
正弦值。
9.如图9,四棱锥
=3,得n=(3,1,7)。
P-ABCD的底面是矩
设平面PBC与平面PBF所成二面角的
形,AB=4,BC=22,E
大小为p,则|cos9|=|cos〈m,n)|=
为CD的中点,平面
m·n
V,所以sine
73
√21
mn-
√7×√53
PAC⊥底面ABCD。
图9
(1)证明:BE⊥PA:
需1
53
(2)若PA=√3,PC=√15,求二面角B
2.(1)因为BC∥AD,BC=2,AD=4,M
PE-C的正弦值。
为AD的中点,所以BC∥DM,且BC=DM,
参考答案:
所以四边形BCDM是平行四边形,故BM∥
1.(1)因为AB=AD=12,AE=
TAD,
1
CD。又BM中平面CDE,CDC平面CDE,
所以BM∥平面CDE。
AF=号AB,所以AE=3,AF=6:因为
(2)因为EF∥AD,BF=2,AD=4,M
∠BAD=60°,所以由余弦定理得EF=
为AD的中点,所以EF∥DM,且EF=DM,
WAE2+AF-2AE·AFcos∠BAD=3V3,
故四边形MDEF是平行四边形,则FM
所以AE十EF=AF2,则AE⊥EF,所以
DE=2√3。因为AF⊥AD,所以AF=
EF⊥AD,EF⊥PE。又PE∩DE=E,且
√FM-AM=2√2。因为AB=2E,FB
PE,DE二平面PDE,所以EF⊥平面PDE。
=4,所以AB+AF2=FB,则AF⊥AB。
因为PDC平面PDE,所以EF⊥PD。
因为AB∩AD=A,AB,ADC平面ABCD,
44
性学核心嘴室清育中学生凝理化
所以AF⊥平面ABCD。因为EF∥AM,EF
(2)设P(2,2,t),则D2P=(0,2,t-4)。
=AM,所以四边形AMEF是平行四边形,
设平面AC,D,的一个法向量为m=(x1,
所以ME∥AF,则ME⊥平面ABCD。因为
y1,之1),因为AD2=(0,-2,2),DC=(-2,0,
BM∥CD,CD⊥AD,所以BM⊥AD。以
(MB,MD,M正}为正交基底
m·A2D2=-2y1+2x1=0,
2),所以
令x1=
建立如图11所示的空间直
m.D,C2=-2x1+2x1=0,
角坐标系Mxyx,则M(0,0,
1,得m=(1,1,1)。
0),A(0,一2,0),B(2,0,0)
设平面PCD2的一个法向量为n=(x2,
F(0,-2,2√2),E(0,0,
n·D2P=2y2+(t-4)x2=0,
y2,2),则
2√2),所以AB=(2,2,0),
n·DC,=-2x2+2x2=0,
图11
BF=(-2,-2,2√2),BE
=2,得n=(2,4一t,2)。
=(-2,0,2√2)。
由二面角P-C,D,A:的正弦值为气得
设平面ABF的一个法向量为m=(x1,y1,
1cos(m,n)l=m·n
|8-tl
fm·AB=2x1+2y1=0,
m n
√3×√A-8t+24
之1),则
m·BF--2x1-2y1十2W2x1=0,
x1=1,得m=(1,-1,0)。
=-(-解得4=5所以P22
设平面EBF的一个法向量为n=(xy2,
5),则A2P=(0,0,3),所以|A2P|=3,即
|n·BE=-2x2十2V2x=0,
AgP=3。
之2),则
令之2
n.BF=-2x2-2y:+2V2x2=0,
4.(1)连接DE。因为AB=AC=√2,E
=1,得n=(√2,0,1)。
为BC的中点,所以AE⊥BC。因为BC=2,
设二面角A-BF-E的大小为9,则
所以BE=1,故AE=√AB-BE=1。因
为DB=DC=BC=2,所以DE⊥BC,则DE
1cos9=cos(m,n>1=m·n
√2
mn√2×√3
=3DB=3,故AE+DE=DA',所以
2
3
AE⊥DE。因为BC∩DE=E,且BC,DEC
3.(1)如图12,以{CD,
平面BCD,所以AE⊥平面BCD。又因为
CB,CC}为正交基底建立空
BD二平面BCD,所以AE⊥BD。
间直角坐标系Cxy之,则
(2)因为AE⊥平面BCD,DE⊥BC,所
A1(2,2,8),A2(2,2,2),
以以(ED,EB,EA}为
B2(0,2,4),C(0,0,6),
正交基底建立如图13
D2(2,0,4),所以A1C:=
所示的空间直角坐标系
D
Exy之,则E(0,0,0),
(-2,-2,-2),A2B:=
图12
A(0,0,1),B(0,1,0),
图13
(-2,0,2),DC=(-2,0,
D(W3,0,0),所以AB=
2),A2C2=(-2,-2,4)。
因为A:B:=DC,所以AB2∥
(0,1,-1),BD=(3,-1,0),DA(-√3,0,
D2C2,所以A2,B,C2,D:四点共面。
1)。
因为E京=DA,所以存在入∈(0,1),使
因为AC·AB=0,AC·AC
0,所以A1C⊥AB2,A,C:⊥AC。因为
得E元=xDA=(-√3X,0,A),则B户=E
A2B2∩A2Cg=A2,且AB,A2C2C平面
-EB=(一√3λ,一1,A)。
A2B2C,D2,所以A1C⊥平面A2B:C:D2。
设平面DAB的一个法向量为m=(x1,
45
中学生数理化
演练篇核心考点演练
高三数学
2026年4月
m·DA=-3x+x=0,
4,D是AC
的中点,所以
PD⊥AC,
,则
PD=
$${ y _ { 1 } , z _ { 1 } } \right) ,$$
则
$$x _ { 1 }$$
m·BD=3x-y=0,
$$\sqrt { P A ^ { 2 } - A D ^ { 2 } } = 2 ,$$
所以
P(0,2,2),
则
$$\overrightarrow { A P } =$$
=1,得
$$m = \left( 1 , \sqrt 3 , \sqrt 3 \right) 。$$
(0,2,2)。
设平面
PAB
的一个法向量为
$$n = \left( x _ { 2 } , y _ { 2 } ,$$
因为点
E
在棱
PA
上,所以存在
λ∈(0,\right.
$$\left\{ \begin{array}{l} n \cdot \overrightarrow { A B } \\ n \cdot \overrightarrow { n P } \end{array} \right.$$
$$\overrightarrow { A B } = y _ { 2 } - z _ { 2 } = 0 ,$$
\left.1)
,使得
$$\overrightarrow { A E } = \lambda \overrightarrow { A P } = \left( 0 , 2 \lambda , 2 \lambda \right) ,$$
,则
$$\overrightarrow { D E } =$$
$${ z _ { 2 } } \right) ,$$
则
令。
$$y _ { 2 }$$
$$\overrightarrow { A E } - \overrightarrow { A D } = \left( 0 , 2 \lambda - 2 , 2 \lambda \right) 。$$
$$n \cdot \overrightarrow { B P } = - \sqrt 3 \lambda x _ { 2 } - y _ { 2 } + \lambda z _ { 2 } = 0 ,$$
易知平面
CBD
的一个法向量为
m=(0,
$$= \sqrt 3 \lambda ,$$
,得
$$n = \left( \lambda - 1 , \sqrt 3 \lambda , \sqrt 3 \lambda \right) 。$$
0,1)。
设平面
EBD
的一个法向量为
n=(x,y,
由二面角
P-AB-D
的正弦值为
$$\frac { 2 \sqrt 6 } { 7 } ,$$
$$\left( n \cdot \overrightarrow { B D } \right) = - 2 x + 2 y = 0 ,$$
$$| \cos \left( m , n \right) | = \frac { | m \cdot n | } { | m | | n | } = \frac { | 7 \lambda - 1 | } { \sqrt 7 \times \sqrt { 7 \lambda ^ { 2 } - 2 \lambda + 1 } } =$$
x),则
令
y=λ,
$$n \cdot \overrightarrow { D E } = \left( 2 \lambda - 2 \right) y + 2 \lambda z = 0 ,$$
得
n=(λ,λ,1-λ)。
$$\sqrt { 1 - \left( \frac { 2 \sqrt 6 } { 7 } \right) ^ { 2 } } = \frac { 5 } { 7 } ,$$
,解得
$$\lambda = \frac { 1 } { 2 }$$
$$\lambda = - \frac { 3 } { 1 4 }$$
由二面角
E-BD-C
的正弦值为
$$\frac { \sqrt 3 } { 3 } ,$$
,得
(舍去),则EP
$$\overrightarrow { E P } = \left( - \frac { \sqrt 3 } { 2 } , 0 , \frac { 1 } { 2 } \right) ,$$
,所
$$D . | \overrightarrow { E P } | =$$
$$| \cos \left( m , n \right) | = \frac { | m \cdot n | } { | m | n | } = \frac { | 1 - \lambda | } { \sqrt { 3 \lambda ^ { 2 } - 2 \lambda + 1 } } =$$
1,即
EP=1。
5.(1)设
$$\overrightarrow { B G } = \lambda \overrightarrow { B C } ,$$
则
$$\overrightarrow { A G } = \overrightarrow { A B } + \overrightarrow { B G }$$
$$\sqrt { 1 - \left( \frac { \sqrt 3 } { 3 } \right) ^ { 2 } } = \frac { \sqrt 6 } { 3 } , 则$$
$$\lambda = \frac { 1 } { 3 }$$
或
λ=-1(
$$= \overrightarrow { A B } + \lambda \overrightarrow { B C } = \left( 1 - \lambda \right) \overrightarrow { A B } + \lambda \overrightarrow { A C } , \overrightarrow { B D } =$$
$$\frac { 1 } { 2 } \overrightarrow { A C } - \overrightarrow { A B } 。$$
因为
AG⊥BD,
所以
$$\overrightarrow { A G } \cdot \overrightarrow { B D }$$
去),则
$$| \overrightarrow { A E } = \left( 0 , \frac { 2 } { 3 } , \frac { 2 } { 3 } \right) ,$$
$$则 L \overrightarrow { B E } = \overrightarrow { A E } -$$
$$= \left[ \left( 1 - \lambda \right) \overrightarrow { A B } + \lambda \overrightarrow { A C } \right] \cdot \left( \frac { 1 } { 2 } \overrightarrow { A C } - \overrightarrow { A B } \right) = 0 ,$$
$$\overrightarrow { A B } = \left( - 2 , \frac { 2 } { 3 } , \frac { 2 } { 3 } \right)$$
,则
$$| \overrightarrow { B E } | = \frac { 2 \sqrt { 1 1 } } { 3 } ,$$
,即BE
-x)=0,解得
$$\lambda = \frac { 1 } { 3 } ,$$
$$则 \overrightarrow { B G } =$$
$$= \frac { 2 \sqrt { 1 1 } } { 3 } 。$$
$$\frac { 1 } { 3 } \overrightarrow { B C } 。$$
因为
$$B F = \frac { 1 } { 3 } B P ,$$
所以
$$\frac { B G } { B C } = \frac { B F } { B P } =$$
6.(1)因为
AD=CD=2,AB=CB=
$$B D = \sqrt 6 , E$$
为AC
的中点,所以
DE⊥AC,
$$\frac { 1 } { 3 } ,$$
,所以
FG//PC。
又因为
FG∉
平面
PAC,
BE⊥AC。
。因为
BE∩DE=E,
,且
BE,DE⊂
平面
BED,
,所以
AC⊥
平面
BED。
又
AC⊂
PC⊂
平面
PAC,
所以
FG∥
PAC。
平面
ACG,
,所以平面
BED⊥
平面
ACG。
(2)因为
$$A B = 2 , P A = 2 \sqrt 2 , P B = 2 \sqrt 3 ,$$
(2)因为
AD=CD=2,AD⊥CD,
,所以
所以
$$A B ^ { 2 } + P A ^ { 2 } = P B ^ { 2 } ,$$
则
AB⊥AP。
因为
$$A C = \sqrt { A D ^ { 2 } + C D ^ { 2 } } = 2 \sqrt 2 。$$
因为E为
AC
AB⊥AC,AC∩AP=A,AC⊂
平面
PAC,
的中点,所以
$$D E = A E = C E = \sqrt 2 。$$
。因为
AB
AP⊂
平面
PAC,
,所以
AB⊥
平面
PAC。
以
A为坐标原点,
AB,AC
所在直线分别为x
$$= C B = \sqrt 6 ,$$
所以
$$B E = \sqrt { B C ^ { 2 } - C E ^ { 2 } } = 2 。$$
因
轴,
y
轴,过A竖直向上的
为
$$B D = \sqrt 6 ,$$
,所以
$$D E ^ { 2 } +$$
D
直线为
z
轴,建立如图
14
$$B E ^ { 2 } = B D ^ { 2 } ,$$
,则
DE⊥BE。
G
所示的空间直角坐标系
A
因为
DE⊥AC,AC∩BE=
Axyz,
,则
A(0,0,0),B(2,\right.
E,且
AC,BE⊂
平面
ABC,
0,0),C(0,4,0),D(0,2,
所以
DE⊥
平面
ABC,
,故以
\left.0),
,所以
$$\overrightarrow { B D } = \left( - 2 , 2 , 0 \right) ,$$
图14
$$\left\{ \overrightarrow { E A } , \overrightarrow { E B } , \overrightarrow { E D } \right\}$$
)}为正交基底
图15
$$\overrightarrow { D C } = \left( 0 , 2 , 0 \right) 。$$
建立如图15所示的空间直
连接
DP,
因为
$$P A = P C = 2 \sqrt 2 , A C =$$
角坐标系
Exyz,
则
$$E \left( 0 , 0 , 0 \right) , A \left( \sqrt 2 , 0 , 0 \right) ,$$
46
高数学楼心普牵清籍中学生数理化
演练篇核心考点演练
B(0,2,0),C(-√2,0,0),D(0,0,2),
D到平面PAB的距离为d,则V三棱饿PAsD=
r竖,1.0),所以C=(22,0,0.C丽
g,所以d=26
三g这一3一9
3
(√2,2,0),BD=(0,-2,√2),C=
2因为CD=CB=vE,PD=E,PC
21o
=2,所以CD十PD=PC2,则PD⊥CD。
因为平面PBC⊥平面ABC,平面PBC∩平
因为AC⊥平面BED,EGC平面BED,
所以AC⊥EG。若要使得△AGC的面积最
面ABC=BC,PDC平面PBC,所以PD⊥
平面ABC。因为AB,ADC平面PBC,所以
小,则需EG最小。因为点G在BD上,所以
存在A∈(0,1),使得BG=λBD=(0,-2x,
PD⊥AB,PD⊥AD。因为PA=√6,所以
√21),则EG=EB+BG=(0,2-2x,√2x),
AD=√PA-PD=2。因为AB=2,BD
所以1EG1=√(2-2a)+2入2=
=2√2,所以AB十AD=BD2,则AB⊥
AD。以A为坐标原点,AB,AD所在直线
√-)+百故当X-号时,EG取最小
分别为x轴,y轴,过A
竖直向上的直线为之轴,
,所以CG=
建立如图16所示的空间
直角坐标系Axy之,则
+成-(是2)
A(0,0,0),B(2,0,0),
图16
设平面BCG的一个法向量为m=(x1,
D(0,2,0),P(0,2,√2),
m·CB=√2x1十2y1=0,
所以AB=(2,0,0),AP=(0,2,√2),BD=
y1之1),则
3,+2
m·B=-
31=0,
(-2,0,则6-2元=(-3,0.aC
y1=1,得m=(-√2,1,√2)。
=AB+BC=(-1,3,0)。
设平面FCG的一个法向量为n=(x2,
设平面BAP的一个法向量为m=(x1,
n·CF-3
m·AB=2x1=0,
2x2十y2=0,
y1,之1),则
令y1=
y2,2),则
m.AP=2y1+√2之1=0,
n=E+号+2。
3=0
1,得m=(0,1,一√2)。
设平面CAP的一个法向量为n=(x,
令y2=3,得n=(-√2,3,0)。
1n·AC=-x+3y:=0,
设二面角B-CG-F的大小为9,则
y2,2),则{
n.Ap=2y2十√22=0,
令y2=
lcos9=|cos《m,n〉1=m:n
m n
1,得n=(3,1,-√2)。
v55
5
设二面角B-APC的大小为P,则
√5×√I
,所以sin=√1-
|cosp|=1cos〈m,n)1
m·n
66
m n
119
×12=,所以sin9=√1
3
1
13
2
7.1)因为CD=专CB,所以V=Am
8.(1)如图17,取AB的
=y=2,因为AB=2,PA=
2√2
中点为E,连接CE。因为AB
∥CD,AB=2CD=6,所以
√6,PB=√I0,所以AB+PA=PB,所以
AE=CD=3。又AE∥CD,
AB1PA,则S=名AB·PA=6:设点
图17
所以四边形AECD是平行四
47
中学生表理化离整赞学梳年清衡
边形,则AD∥CE,AD=CE。因为AB⊥
BE=(A店+A)(心-号A)-A币
AD,所以CE⊥AB。因为BC=√I3,所以
CE=√BC-BE=√I3-9=2,则AD=
号A店=0,所以BB⊥AC.因为平面PAC1
2。因为PD=2,PA=2√2,所以AD+PD
平面ABCD,平面PAC∩平面ABCD=AC,
=PA,则AD⊥PD。因为AB⊥AD,AB∥
BE二平面ABCD,所以BE⊥平面PAC。因为
CD,所以AD⊥CD。又PD∩CD=D,且
PAC平面PAC,所以BE⊥PA。
PD,CD二平面PCD,所以AD⊥平面PCD,
(2)过点P作PF⊥AC于点F。因为
则二面角P-AD-C的平面角为∠PDC,即
PA=√3,PC=√I5,所以cos∠PAC=
∠PDC-行:过点P作PFLCD.因为AD
PA:+AC:-PC2
2PA·AC
,则∠PAC=至,所以
⊥平面PCD,PFC平面PCD,所以AD⊥
PF,则PF⊥平面ABCD。因为PF=
AF-PF-V6
。
PDn号=后,所以V
以A为坐标原点,AB,AD所在直线分
3
别为x轴,y轴,过A
(3+6)×2=3√3。
竖直向上的直线为之
(2)以D为坐标原点,DA,DC所在直线
轴,建立如图19所示
分别为x轴,y轴,过D竖
的空间直角坐标系
直向上的直线为心轴,建立
Axy之,则A(0,0,0),
图19
如图18所示的空间直角坐
B(4,0,0),C(4,2√2,
标系Dxyz,则D(0,0,0),
A(2,0,0),B(2,6,0),C(0,
图18
0),E(2,2√2,0),所以BE=(一2,2√2,0),
3,0),P(0,-1,3),所以DA=(2,0,0),
EC=(2,0,0)。因为AF·cos∠BAC=
2
DP=(0,-1,3),CB=(2,3,0),CP=(0,
-4,√3)。
9-1AF·m∠AC-×9-9所以
3
2
设平面PAD的一个法向量为m=(x1,
P号)期m-(1-)
1m·DA=2x1=0,
y1,1),则
令x1
设平面BPE的一个法向量为m=(x1,y1,
m·DP=一y1+√31=0,
[m·BE=-2x1+22y1=0,
=1,得m=(0,√5,1)。
之1),则
mm-+9,-
令y
设平面PBC的一个法向量为n=(x,
/n·CB=2x2十3y2=0,
=5,得m=(√6,√3,5)。
y2,2),则
n·Cp=一4y2十3x2=0,
令y
设平面CPE的一个法向量为n=(x2,y2,
=23,得n=(-3√3,2√3,8)。
n.EC=2x2=0,
设平面PAD与平面PBC所成角的大
之),则
n·P-+3y-6。令
|m·n
2y:-
2=0,
小为p,则1cosg=1cos(m,n)1=
mn
=1,得n=(0,1,√3)。
14
7
,所以sinp=
3√618
设二面角B-PE-C的大小为p,则|cosp
2×√103√103
1039
m·n
63
9.(1)在矩形ABCD中,因为AB=4,
=cos(n,n〉=
m n
34×2
AD=22,E为CD的中点,所以AC=AB
3/102
34
,所以sin9=
√238
+a市,成-+庄=A市-,期·
34
(责任编辑王福华)
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