内容正文:
重难点手册高中数学选择性必修第一册RJA
2.5.2
圆与圆的位置关系
必备知识梳理
基础梳理
知识点(1
圆与圆的位置关系及判定方法划重点。
相切
相离
位置关系
相交
外切
内切
外离
内含
图示
交点个数
2
1
1
0
0
几何
r1-r2<
法
d=ri+r2
d=ri-r2
d>r+r2
d<ln-r2
判定
d<r+r2
方法代数
△>0
△=0
△=0
△<0
△<0
法
知识点2两圆的公共弦
当两圆相交时,两个交点连线的线段叫公共弦,
1.两圆公共弦所在直线的方程
设圆C1:x2+y2+D1x+E1y十F1=0,
①
圆C2:x2+y2+D2x十E2y+F2=0.
②
若两圆相交,则它们有一条公共弦,由①一②,得(D1一D2)x
+(E1一E2)y+F1一F2=0,此即公共弦所在直线的方程
(只有当两圆方程中二次项系数相同时,才可以直接用两圆方程相减求公共弦所在
直线的方程)
◆敲黑板匀
2.两圆公共弦长的求法
(1)代数法
求出公共弦所在直线的方程,将公共弦所在直线的方程与其
中一圆的方程联立消元,解出两交点的坐标,再利用两点间的距离
公式求出公共弦长。
(2)几何法
将两圆的方程作差得到公共弦所在直线的方程,利用其中一
个圆的圆心和半径,求得该圆心到公共弦所在直线的距离,即弦心
距,在弦心距、弦的一半和半径构成的直角三角形中,利用勾股定
80
11111111111111111111H1111111111111111111111
划重点
(1)当r1=r2时,两圆不会
出现内切或内含的情况,若两圆
的圆心距d=0且r1=r2,则两
圆重合
(2)利用代数法判断两圆的
位置关系时,当方程无解或只有
一解时往往还得重新用几何法
来进一步确定,不如直接运用几
何法简便,并且用几何法判断的
结果是唯一的,因此实际解题时
要优先选用几何法
(3)用代数法得到方程组无
解或只有一组解时,也可以将其
中一个圆的圆心坐标代入另一
个圆的方程中,通过判断此圆心
在另一圆的圆内还是圆外,从而
得到两圆确切的位置关系
(4)d为两圆的圆心距,r1、
r2分别为两圆半径,△为联立
两圆方程消去一个未知数后的
一元二次方程的根的判别式
敲黑板⊙
设两圆的交点分别为A(x1,
y1),B(x2,y2),则点A,B同时
在圆C1和C2上,它们的坐标都
满足①和②,自然也满足(D1一
D2)x+(E1-E2)y+(F1-F2)
=0,两点定一线,所以③就是公
共弦AB所在直线的方程
理可以求得弦的一半,进而得到公共弦长,
知识点③两圆的公切线
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
两圆的位置关系与公切线条数的关系
修记方法回
位置关系
外离
外切
相交
内切
内含
公切线条数
4
3
2
0
图示
0Q。
重难拓展
重难点(①
圆系方程
例①[回归教材P98T8]求圆心在直线x一y一4=0上,并且
经过圆x2+y2+6.x一4=0与圆x2+y2+6y一28=0的交点的圆
的方程
解析设经过圆x2+y2十6x一4=0和圆x2+y2+6y一28=0的交点
的圆的方程为x2+y2+6x-4十λ(x2+y2+6y一28)=0,即(1十λ)x2+
1+0y2+6x十6心y-4一28=0,共周心坐标是(-7)
3入
3
3λ
因为圆心在直线x-y一4=0上,所以有一入十,一4=0,解得
λ=一7.所以,所求圆的方程为x2+y2+6x一4-7(x2+y2十6y-28)=0,
即x2+y2-x+7y-32=0.
深挖教材
圆系方程
具有某些共同性质的圆的集合称为圆系,它们的方程叫作圆系方程。
常见的圆系方程有以下几种:
(1)同心圆系方程:(x-a)2+(y-b)2=r2(r>0).
(a,b为定值,r为参数)
(2)半径相等的圆系方程:(x-a)2+(y-b)2=r2(r>0)
(a,b为参数,r为定值)
(3)过直线Ax+By十C=0与圆x2十y2+Dx十Ey+F=0的交,点
的圆系方程:x2十y2十Dx十Ey十F+λ(Ax十By十C)=0(入∈R).
(4)过两圆C1:x2+y2+D1x十E1y十F1=0与C2:x2+y2+D2x十
E2y十F2=0的交点的圆系方程:x2十y2十D1x+E1y十F1十入(x2十
y2十D2x十E2y十F2)=0(入≠-1).(其中不含有圆C2,因此注意检验圆C2是
否满足题意,以防漏解)心提个醒回
第二章直线和圆的方程
记方法@
两圆公切线方程的确定
(1)当公切线的斜率存在
时,可设公切线的方程为y=kx
十b,由公切线的意义(两圆公共
的切线)可知,两圆心到直线
y=kx十b的距离分别等于两圆
的半径,这样得到关于和b的
方程组,解这个方程组得到k,b
的值,即可写出公切线的方程」
(2)当公切线的斜率不存在
时,要注意运用数形结合的方
法,观察并写出公切线的方程。
(3)两圆外(内)切时,两圆
方程相减消去二次项得到的直
线方程,是两圆的内(外)公切线
方程。
提个醒过
当入=一1时,方程变为
(D1-D2)x+(E1-E2)y+F
一F2=0,表示过两圆交,点的直
线.(当两圆是同心圆时,此直线
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
外离或内含时,该直线满足从直
线上的任意,点引两圆的切线所得
切线长相等)
81
用重难点手册高中数学选择性必修第一册RJA
重难点2数形结合的应用
记方法@
例2(2025·浙江温州中学期中)已知动点P(x,y)满足
(1)求圆O上一点到圆外
一点P的最大、最小距离:
x2+y2一x|一|y|=0,O为坐标原点,则|PO|的最大值是
d max=lOPI+r,
dmin=lOP|-r.
解析知图,方程x2+)2-z一y=0可以转化为(1x-)十
(2)求圆上的,点到与圆相离
的某条直线的最大、最小距离:
(-)}'-?,所以动点P(红y)的轨迹为原点和四段圆弧
设圆心到直线的距离为m,
当点P为原,点O时,|PO川最小,且|POm=0.
则dmx=m十r,dmm=n一r.
(3)已知某点的运动轨迹方
由于对称性,仅考虑国孤(x-2)+(0-2)=2(r≥0y≥0),
程是(x-a)2+(y-b)2=r2,求
显然,当点P为(1,1)时,POmx=√2.◆记方法@
y,y一
,x2+y2等式子的最
x'x-n
值,一般运用几何法求解
答案√2.
关键能力提升
题型(①圆与圆的位置关系
答案C
1.位置关系判断
2.圆与圆位置关系的逆向应用
例3已知圆C1:x2+y2一4=0,圆C2:x2
例④已知圆C:(x十3)2十(y-4)2=4.
+y2一4x+4y一8=0,则两圆的位置关系是
(1)若直线11过点A(-1,0),且与圆C
().
相切,求直线L1的方程;
A.外离
B.外切
(2)若圆D的半径为3,圆心在直线L2:
C.相交
D.内切
x一y十2=0上,且与圆C外切,求圆D的方程
解析(判断两圆的位置关系,先计算圆心距,再与半径的
解析(1)(容易判断点A在圆C外,求过点A的圆C
和、差进行比较)
的切线可设斜率,结合点A写出切线的方程,用圆心C到切线
x2+y2-4=0台x2+y2=4,所以圆C1的圆心
的距离等于半径建立方程求所设斜率,但需单独考虑斜率不存
为C1(0,0),半径r1=2,
在的情况)
x2+y2-4x+4y-8=0台(x-2)2+(y+2)2=
由题意,圆C的圆心为C(一3,4),半径r1=2,当
16,所以圆C2的圆心为C2(2,一2),半径r2=4,
直线11的斜率不存在时,其方程为x=一1,
所以圆心距d=|C1C2|=√(2-0)2+(-2-0)2=
点C到l1的距离d=|-3-(-1)|=2=r1,所
22,
以直线11与圆C相切,满足题意,
又r1十r2=2+4=6,r1-r2=2,所以|r1-r2
当L1的斜率存在时,设l1的方程为y=k(x十1),
<d<r1十r2,故圆C1与圆C2相交.
即kx一y+k=0,
①
82
所以,点C到直线4的距离d=·(一3)一4+b
√2+(-1)2
=12+4
√2+1
因为直线11与圆C相切,所以d=r1,故
26十-2,解得友=一,代入D化简得3x十句十
√R2+1
3=0.
综上所述,直线l1的方程为x=一1或3x十4y十
3=0.
(2)(如图,已有圆D的半径,求其
方程只差圆心,已知圆心D在直线l
上,故可根据L2的方程将圆心D的坐
标设为单变量形式,翻译圆C与圆D对
D
切就能建立关于所设变量的方程)
由题意,直线L2的方程可化为y=x十2,点D在
l2上,所以可设,点D(a,a十2),
则有|CD|=√[a-(-3)]+(a+2-4)2=
√2a2+2a+13,
因为圆C与圆D外切,且两圆的半径分别为
r1=2,r2=3,
所以|CD=r1+r2,即√2a2+2a+13=2+3,解
得a=-3或2,
所以圆心D的坐标为(一3,一1)或(2,4),
故圆D的方程为(x十3)2+(y+1)2=9或(x一
2)2+(y-4)2=9.
题型2两圆的公共弦问题
例5(2025·河南郑州外国语学校期中)
若圆O1:x2十y2一2x=0和圆O2:x2+y2十
2x一4y=0的交点为A,B,则下列结论正确的
是().
A.公共弦AB所在直线的方程为x十y=0
B.线段AB的垂直平分线的方程为x十
y+1=0
C公共弦AB的长为3】
,第二章直线和圆的方程
D.P为圆O1上一动点,则点P到直线
AB的距离的最大值为号+1
解析由题意知,两圆相交于A,B两点,故两圆
方程作差可得4x一4y=0,即x一y=0,即为两圆公
共弦AB所在直线的方程,故A错误.
圆O1:x2+y2-2x=0,则其圆心为(1,0),又
B=1,则线段AB的垂直平分线的斜率为一1,故线
段AB的垂直平分线的方程为y一0=一(x一1),即x
十y-1=0,故B错误,
11-01
圆心O1到直线AB的距离d=
√12+(-1)2
,圈0的半径,=1,
2
2
所以|AB|=2
/1-
、2/
=2,故C错误
圆心O1到直线AB的距离d=
11-0l_√2
√1+(-1D22’
圆O1的半径r=1,则,点P到直线AB的距离的
最大值为+1,故D正确,
答案D
题型③两圆的公切线问题
1.两圆公切线的条数问题
例6若圆C1:x2十y2一2x一m=0与圆
C2:x2十y2+4y十m=0恰有2条公切线,则
m的取值范围为().
A.(0,4)
B.(-1,4)
C.(-1,0)
D.[0,4)
解析圆C1:x2+y2-2x一m=0台(x-1)2+
y2=1+m,
圆C2:x2+y2+4y十m=0台→x2+(y+2)2=4-m,
则1C1C21=√1十4=√5,1十m>0,4-m>0,
,两圆恰有2条公切线,∴.圆C1与圆C2相交,
∴.l1+m-√4-m|<5<√1+m+√4-m,
解得-1<m<4,∴.m的取值范围为(-1,4).
答案B
83
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解题通法
判断两圆公切线条数的基本思路
先判断两圆的位置关系,再由位置关系确定公
切线的条数:(1)两圆内切时,有1条公切线;(2)两
圆外切时,有3条公切线;(3)两圆相交时,有2条
公切线;(4)两圆内含时,无公切线;(5)两圆外离
时,有4条公切线.
2.求两圆公切线的方程
例7已知圆O:x2+y2=1,圆C:
(x一3)2+y2=4,则圆O与圆C的公
切线方程为
解析如图,两圆圆心分别为O(0,0),C(3,0),半
径分别为r1=1,r2=2,
所以圆心距|OC引=3=r1十r1,故两圆外切,且切
点为(1,0),因此两圆有图中11,l2,l3三条公切线.
(显然图中11的方程是x=1,我们把另外的l2和l3也求
一下,观察发现2,3关于x轴对称,它们交于x轴上一点P,
故只需求出其中一条即可,不妨求L2,怎么求?可以到△POA
和△PCB中来分析)
如图,由2与两圆分别切于A,B两点可得
∠OAP=∠CBP=90°,所以△POAD△PCB,故
IPOOA 1
PCICB2'
所以O为PC的中点,从而|PO川=OC引=3,故
P(-3,0),所以|AP|=√PO2-OA=2√2,故
l,的斜率k=tan∠APO=|OA=1=2
APT2√24
所以直线,的方程为y一0=
4[x-(-3)],整
里得y导+3
由对称性可知,l2与13关于x轴对称,所以13的
斜率为一2
4
故直线l3的方程为y一0=-
2
4[x-(-3],整
84
理将y-是3只
综上所述,圆O与圆C的所有公切线为x=1,
y-+8w-号32
4x-
4
答案=1-号+3吗=号。39
4x-
41
3.求两圆公切线的长
例8(2026·湖南师大附中月考)已知
⊙0:x2+y2=1与⊙C:(x-5)2+y2=16,若
直线1与⊙O,⊙C分别切于相异的A,B两
点,则AB|=
解析⊙O的圆心O(0,0),半径r1=1,
⊙C的圆心C(5,0),半径r2=4.
因为|OC引=5=r1十r2,所以⊙O与⊙C外切.
当直线1的斜率不存在
B
时,直线l与⊙O,⊙C切于
F
A
相同的点,不符合要求.
显然直线1的斜率存在
且不为0.
根据对称性,不妨设直线L的斜率为>0,如图
所示,
连接OA,CB,过点O作OF⊥CB,垂足为点F,
可知四边形OABF为矩形,且|OA|=|BF|=1,
CF|=CB-BF=3.
在Rt△OCF中,IOC|=5,可得|OF|=
√OC2-CF2=4,所以|AB=|OF1=4.
答案4.
题型(④基于两圆位置关系的最值问题
例⑨已知圆C1:(x十2)2十(y-1)2=1,
C2:(x-2)2+(y-3)2=4,M,N分别是C1,
C2上的动点,则MN|的最小值为
解析圆C1的圆心为C1(-2,1),半径r1=1,圆
C2的圆心为C2(2,3),半径r2=2,
所以C1C2|=√[2-(-2)]+(3-1)2=25>
r1十r2,故两圆外离,如图1.
(涉及两个动点,可考虑先取定一个,这里M,N都是圆上
的动点,取定哪一个都行,不妨取定,点M)
对圆C1上任意的点M,当点N在圆C2上运动
时,总有|MN|≥|MC2|-r2=|MC2|-2,
①
取等条件是N为线段MC2与圆C2的交点.
(故只需再看MC2的最小值,此时只有,点M在圆C1上
运动了,接圆上动,点到圆外定,点距离的最值模型处理即可)
1MC2|≥|C1C2|-r1=|C1C2|-1,结合①得
1MN|≥|C1C2|-1-2=|C1C2|-3-2W5-3,
取等条件是M,N分别为线段C1C2与两圆的交
点,如图2中的M。和N。,所以|MN|的最小值为
2√5-3.
y
N
M
C
C M
图1
图2
答案2√5-3.
变式0若圆01:x2十y2=1与圆02:
(x-a)2+(y-b)2=9(a,b∈R)有且仅有2条
公切线,则|3a一4b十5的取值范围为().
A.[0,5)
B.[1,5)
C.[0,25)
D.[5,25)
题型⑤与圆有关的定点、定直线、定
圆问题
1.定点问题
例10对任意实数m,圆x2+y2-2mx
4my十6m一2=0恒过定点,则其坐标为
解析方法一x2十y2-2mx一4y十6m一2=0,
.x2+y2-2=(2x+4y-6)m,
令+y-2=0解得=1,
x=
5
2x十4y-6=0,
y1或
定点的坐标是1,1D或(号,)】
方法二(特值法)分别令m=0,m=1可得
x2十y2-2=0,
x=-
x=1,
5
解得
或
-2x一4y十4=0,y=1
7
,第二章直线和圆的方程
此即定点坐标1,1D减号,)。
答案1,1D减(号,》】
2.定直线问题
例11在平面直角坐标系Oxy中,已知定
点A(-4,0),B(0,-2),半径为r(r>0)的圆
M的圆心M在线段AB的垂直平分线上,且
在y轴右侧,y轴被圆M截得的弦长为√3r.
(1)求圆M的方程.
(2)当x变化时,是否存在定直线1与圆
M相切?如果存在,求出定直线L的方程;如
果不存在,请说明理由.
解析(1)设圆心M(a,b),由题意可知,
3
r+a2-r2,
解得
2r,
a=
a>0,
b=r十3,
(a+4)2+b2=a2+(b+2)2,
所以圆M的方程为(。一之)
十(y-r-3)2=r2.
(2)假设存在定直线1与圆M相切,当定直线1
的斜率不存在时,显然不合题意,
当直线l的斜率存在时,设直线l:y=kx十b,则
=r对r>0恒成立,
√k2+1
由(停一+6-3=r中得(修一刂
+(k-2)(b-3)r+(b-3)2=(1+2)x2,
(修-=1+,
所以
(k-2)(6-3)=0,
(b-3)2=0,
4
k=0,.k=
解得
或
3
b=3
6=3,
所以存在两条定直线y=3和4x十3y一9=0与
圆M均相切.
3.定圆问题
例四已知点P(-2,3-》,Q(0,2)
85
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(t∈R,t≠0),是否存在圆心在x轴上的定圆
或(t2-1)x0-4t2=-r-rt2.
②
M,使得对于任意的非零实数t,直线PQ恒与
由①可得(xo-r-4)t2-x0-r=0对任意t∈
定圆M相切?如果存在,求出圆M的标准方
R,t≠0恒成立,则有
|x0-r-4=0,
程;如果不存在,请说明理由.
一x0-r=0,
解析假设存在圆心在x轴上的定圆M与直线
解得
x0=2,
与r>0矛盾,舍去
PQ恒相切.
x=-2,
设圆M的方程为(x一xo)2+y2=r2(r>0),
由②可得(x0十r一4)t2-x0十r=0对任意t∈
由P,Q两点坐标易得直线PQ的方程为(t2一1)x
R,t≠0恒成立,
+2ty-4t2=0.
则有
x0十r-4=0
(t2-1)x0-4t2
-x十=0,
解得2,
r=2,
因为直线PQ和圆M相切,则
√(t2-1)2+4t
所以存在与直线PQ恒相切的定圆M,圆M的
=r,整理得(t2-1)x0-4t2=r十rt2,
①
标准方程为(x一2)2十y2=4.
1111i111ii
★核心素养聚焦
11111111
考向(①圆与圆的位置关系
(-1,-号),在12上取-点(-1,0,
例13(经典·新高考全国I)写出与圆
x2+y2=1和(x一3)2+(y一4)2=16都相切
该点关于y=
3x的对称点为(x0y),
的一条直线的方程
y04.x0-1
2=32
解析如图,圆x2十y2
则
yo
3
=1的圆心坐标为O(0,0),
(x0十1
4
半径r1=1,
2
圆(x-3)2+(y-4)2=
解得对称点为(层
5
16的圆心坐标为C(3,4),半
244
径r2=4.
25+37
.k13=
7
26+1
24
|OC=r1十r2,两圆外切,由图可知,与两
圆都相切的直线有11,l2,l3三条,
7
x子,直线的斜率为一星,设1:
则l3:y=
x+D)号
即7x-24y-25=0.
、3
x+b,即3x+4y-4h=0,
.与圆x2+y2=1和(x-3)2+(y-4)2=16都
由-1,解得6子(负值合去),则14:3江
相切的一条直线的方程为x=一1(填3x十4y-5=
5
0,7x-24y-25=0都正确).
+4y-5=0.
答案x=-1(填3x+4y-5=0,7x-24y-25
由图可知,l2:x=-1,l2与l3关于直线y=3x
4
=0都正确).
对称,
考查内容
核心素养
试题难度
x=一1,
考查圆与圆相切时公切线
逻辑推理、
联立
4解得l2与13的一个交点为
★★★☆☆
32,
y=
方程的求解
直观想象
86D错误.]
5.11或-9.[已知圆C的方程为x2-2x十y2-2my十2m一
4=0,化为标准方程得(x一1)2+(y-m)2=(m一1)2+4.
当m=1时,圆C的半径最小为2,即面积最小,所以当圆C
的面积最小时,圆的方程(x-1)2+(y-1)2=4,圆心C(1,
1),半径r=2.因为直线l:3x一4y十a=0与圆C相切,所
以圆心C(1,1)到直线1的距离3一4+a=2,解得a=11
√9+16
或-9.]
6.(1)由题意,切线斜率存在
可设切线方程为y-1=k(x十1),即kx-y十k十1=0,
则圆心M到切线的距离d=3k+1
=1
Wk2+1
解得=0度子,
故所求切线方程为y=1,3x+4y-1=0.
(2)连接PM,AB交于点N,连接AM,设∠MPA=∠MAN
=0,
AB=2AM cos 0=2cos 0.
1
在RtAMAP中,sin0=PW,
1
:lPM≥3,∴.(sin0)mx=3,
22
4√2
(cos 0)AB
(3)设切线方程为y一t=k(x+1),即x一y十k十t=0,
PA,PB的斜率为k1,k2,
故圆心M到切线的距离d=36+L-1,
√k2+1
得82+6kt+t2-1=0,
6+:=-,k6-g
3
8
在切线方程中令x=0,可得y=k十t,
故ST=|(k1十t)-(k2十t)=k1-k2|
=√(k1+k2)2-4k1k2
=2+8
4
2
STImin=2'
此时=0
故ST的最小值为号
培优突破练
1.ACD[圆x2+y2=4的圆心为0(0,0),r=2.
√x-2)+(-号)表示圆上一点(xy)到点A(2,
)的距离,1A01=√2+()=号,所以
√红-2)+(-名)的最小值是A01-7=号-2=
30
合,放A正确圆上一点(,9)到直线3z十y-12=0的距
离为d=13x+4y-12,13z十4y-121=5d,所以求3x+
4y-l2的最小值,即求dmm,所以dmm即为O(0,0)到直线
3x十4y-12=0的距离减半径,所以O(0,0)到直线3x十
y一12=0的距离为4=号2-号,所以dm=d-7
5
号-2=号,所以3x十4y-12的最小值为5dm=2,故
5
B错误.因为x2+y2=4,所以√5-2z十√13-6y=
Wx2+y2+1-2x+√x2+y2+9-6=√(x-1)2+y2+
√x2+(y-3)产表示圆上一点P(x,y)到点B(1,0),C(0,
3)的距离之和,所以PC+|PB≥CB=√+3=√10,故
当P,C,B三点在一条直线上时取等
√5-2z+√13-6的最小值是√10,故C正确.因为x2+
y2=4,所以2√/13-6-√20-8x=2√x2+y2+9-6y
√4x2+y)+4-8x=2Wx2+y2+9-6-2Wx+y2+1-2x
=2(√x2+(y-3)-√(x-1)2+y2),表示圆上一点
P(xy)到点C(0,3),B(1,0)距离之差的2倍,所以PC一
|PB≤2|BC|=2√1+3=2√10,2√13-6y-√20-8x
上当P,C,B三点在一条直线上时取等
的最大值是2√10,故D正确.]
2.5.2圆与圆的位置关系
变武训练
[变式1们C[由题意可知圆O1(0,0),半径r1=1,圆O2(a,
b),半径r2=3.:圆O1与圆O2有且仅有2条公切线,
∴.圆01与圆02相交,∴O02|=√a2十b2∈(2,4),
.点(a,b)在以原点(0,0)为圆心,半径分别为2和4的圆所
夹的圆环内部(不含边界).又|3a-4b+5|=5×
13a-46+5,.3a一4b+5代表点(a,b)到直线3x-
5
4y十5=0的距离的5倍,圆心(0,0)到直线3x一4y十5=
0的距离为1,.圆环内的点为(a,b)到直线3x-4y十5=
0的距离3a一6+5∈[0,5),13a-46+5的取值范
5
围为[0,25).]
基础过关练
1.B
2B[把圆C的方程化为标准方程得(x-)十y2=1,则
圆心C(台,0),半径1=1;把圆C,的方程化为标准方程
得x2+(y-1)2=4,则圆心C2(0,1),半径r2=2.由圆C
与圆C2恰有三条公切线,可知圆C,与圆C2相外切,则
1CC-r十r2,即,/())+1=3,解得=士4厄.]