内容正文:
班级 姓名 日期
人教 A 版 · 选择性必修第一册 · 3.1
椭圆与直线 教材同步学案
学习目标
① 弄清定义里“大于”那句,会由焦点位置和 2a 写出标准方程。
② 性质四条背得下来、画得出草图,给两个量会求第三个。
③ 会联立消元:Δ 判位置,韦达求弦长与面积,点差法管中点弦。
思维导图
一句话把整节课串起来:定义认出图形,性质定下形状,联立算出目标。三步走完,椭圆题的花样就不多了。
一、知识梳理
1. 椭圆的定义与标准方程
平面内到两个定点的距离之和等于一个常数、且这个常数比两定点间距离大的点,全部合起来就是椭圆。两个定点叫焦点,常数习惯记作 2a,两焦点间的距离记作 2c。三者关系只有一句:a 最大,。
“大于”这两个字是有用的。2a=2c 时,符合条件的点只剩线段 F₁F₂ 上的点; 时,一个点也找不到。上来先看这一条,再谈别的。
焦点落在哪条轴上,只看分母:x² 下面的分母大,焦点在 x 轴;y² 下面的分母大,焦点在 y 轴。两个式子长得像,抄的时候最容易抄反。
焦点在 x 轴上
焦点在 y 轴上
焦点 ,长轴在 x 轴
焦点 ,长轴在 y 轴
顶点 、
顶点 、
,
同样 ,落在 底下
写方程的顺序:先定焦点位置,再定 a,最后用 补 b。顺序一乱,答案跟着错。
2. 椭圆的几何性质
以 为例,四条性质一次记全:
范围 ,。画草图先把这四条边界线拉出来,椭圆就框在矩形里。
对称 关于 x 轴、y 轴、原点都对称。所以研究第一象限那一段就够了。
顶点 、;长轴长 2a,短轴长 2b,焦距 2c。
离心率 e 越大越扁,越接近 0 越像圆:
e 只认比值。同一组 a、b 按比例放大缩小,e 一点不变。所以题目爱给离心率:它管的是形状,不管大小。
3. 直线与椭圆的位置关系
直线和椭圆放一起,联立、消元,最后一定落到一个一元二次方程上。椭圆方程里 x²、y² 的系数都不为零,消完元二次项系数不会消失,A≠0。交点有几个,全看 Δ。
判别式
交点个数
位置关系
两个
相交
一个
相切
零个
相离
联立完先写 Δ,别急着写韦达。Δ 不大于零,你以为的那两个根压根不存在,后面算得再漂亮也是白算。
4. 弦长公式
直线 交椭圆于 、,弦长有现成公式,不必真把两点坐标解出来。
直线竖直、斜率不存在时,设 ,两交点的纵坐标相减就是弦长:
记法:根号里是 1 加斜率的平方,乘的是“被消掉那个变量”的差;分母是 |A|,即消元后 x² 的系数。漏掉分母、直接把 √Δ 当弦长,是考场上最常见的丢分。
5. 中点弦:点差法
椭圆内一点 M,过它作弦,弦有无数条;被 M 平分的只有一条。求这条弦的斜率,教材给的是联立加韦达,能用,就是算量大。另有一条近路,叫点差法。它不神秘,只是把“两点都在椭圆上”这件事用了两遍。
(1)点差法:原理与完整推导
设弦的两端点 、,中点 ,椭圆为 。先把两个端点分别代进去:
① ②
② 减 ①,右边 1−1=0,左边的平方项按平方差拆开:
两边同除 (弦不竖直),剩下的 就是斜率 k:
再把中点公式 、 代进去,一步就解出 k:
原理很朴素:A、B 各自满足椭圆方程,两式一减,二次项立刻降成“和”;平方差一分解, 正好是中点的两倍。
两个坑要说在前面:
① 上面那个除法,前提是弦不竖直、且 。中点正好落在 x 轴上,或者弦垂直于 x 轴,公式不能直接套,得回去设 单独算。
② 点差法只管斜率。求弦长、面积、定值,还是得回到联立加韦达。工具各管一段,别指望一个办法打全场。
(2)大题必须写出全过程
点差法一步就能出 k,卷面却不能只有这一步。评分时真正给分的地方在下面五处,按顺序写全:
① 设点 2 分 设 、、中点 ,并写明两点都在椭圆上。
② 代点 3 分 两个坐标分别代入椭圆方程,写出两个等式。
③ 作差 3 分 两式相减,写出平方差分解之后的那一行。
④ 代入 2 分 用 、、化到只含 k 与 、。
⑤ 检验作答 2 分 回代验 Δ>0(或说明 M 在椭圆内部),写出直线方程并作答。
只写“由点差法得 k=…,故所求直线为…”,中间空着,最多给你结论那几分。②③④ 才是主体分,别省。
(3)韦达法:教材通法,作对照
同一条弦也能硬联立:设过 M 的直线 ,代入椭圆消去 y,得关于 x 的一元二次方程。韦达给出
里只剩 k,令它等于 2x₀,解一个一元方程就得到斜率。所谓“设而不求”,就是只设坐标、不解坐标:弦长、中点、面积,全部先写成 与 的样子,最后一次性代韦达。
怎么选:只问斜率,点差法三行完事;要弦长、面积、定值,老老实实联立。两条路都得走通,考场上才敢挑。
6. 焦点三角形
P 在椭圆上,、是两焦点, 就叫焦点三角形。两个结论,都由定义直接推出来。
周长 ,只跟 a、c 有关,P 在哪都一样。
面积 ,而 ,所以 。
拿到焦点三角形,第一句先写定义:两腰之和等于 2a。给了直角再补一条勾股,两式一减,乘积和面积一起出来。一上来就设坐标硬算,往往算到一半卡住。
7. 一条主线
联立 → 消元 → Δ → 韦达 → 目标式。弦长、中点、面积、定值,全在这条线上。动笔前先问自己一句:这个目标量能不能写成 与 的样子?能,就往下算;不能,先变形再算。
二、例题精讲
题型一 椭圆的定义与标准方程
例 1 已知椭圆的两个焦点为 、,椭圆上一点到两焦点的距离之和为 12,则椭圆的标准方程为( )
A.
B.
C.
D.
焦距是 2c,不是 c。谁的分母大,a² 就写在谁下面。
随堂练习 1-1 已知椭圆的两个焦点为 、,椭圆上一点到两焦点的距离之和为 10,则该椭圆的标准方程为( )
A.
B.
C.
D.
焦点在 x 轴上,a² 就落在 x² 底下。
题型二 几何性质与离心率
例 2 已知椭圆的长轴长为 12,短轴长为 8,则该椭圆的离心率为( )
A.
B.
C.
D.
12 是长轴长,6 才是 a。轴长和半轴长差一个 2。
随堂练习 2-1 若椭圆的长轴长是短轴长的 3 倍,则该椭圆的离心率为( )
A.
B.
C.
D.
a=3b 代进 c²=a²−b²,c 也用 b 表示出来。
题型三 直线与椭圆的位置关系
例 3 若直线 与椭圆 有两个不同的公共点,则 m 的取值范围是( )
A.
B.
C.
D.
两个不同公共点就是 Δ>0;开区间,端点取不到。
随堂练习 3-1 若直线 与椭圆 相切,则 m=( )
A.
B.
C.
D.
相切就是 Δ=0,解出来一般是对称的两个值。
题型四 弦长问题
例 4 过椭圆 的右焦点作斜率为 1 的直线,交椭圆于 A、B 两点,则 ( )
A.
B.
C.
D.
先由 c²=a²−b² 找焦点,再写直线,最后套弦长公式。
随堂练习 4-1 过椭圆 的右焦点且斜率为 1 的直线截椭圆所得弦长为( )
A.
B.
C.
D.
这里 c²=3,焦点是 (√3, 0),别把 3 当成 c。
题型五 中点弦(设而不求)
例 5 已知椭圆 ,以 为中点的弦所在直线的方程为( )
A.
B.
C.
D.
代进去一分钟出结果,但卷面上代点、作差要写全。
随堂练习 5-1 椭圆 的一条弦被点 平分,则该弦所在直线的方程为( )
A.
B.
C.
D.
a²=16,b²=4,分子分母别抄反。
题型六 焦点三角形
例 6 已知椭圆 的焦点为 、,P 为椭圆上一点,且 ,则 的面积为( )
A.3
B.7
C.9
D.14
定义式与勾股式一减,先得两腰乘积,再得面积。
随堂练习 6-1 已知椭圆 的焦点为 、,P 为椭圆上一点,则 面积的最大值为( )
A.
B.7
C.
D.12
面积只跟 P 的纵坐标有关,纵坐标最大是 b。
题型七 面积最值(联立 + 韦达)
例 7 直线 与椭圆 交于 A、B 两点,O 为原点,当 面积最大时,m=( )
A.
B.
C.
D.
面积写成 ,而 。
随堂练习 7-1 直线 与椭圆 交于 A、B 两点,O 为原点,当 面积最大时,m=( )
A.
B.
C.
D.
配方后是个二次函数求最值,Δ>0 的范围顺带要写上。
三、高考真题改编演练
1. 已知椭圆 的离心率为 ,且经过点 ,则椭圆的标准方程为 ______。
2. 已知椭圆 的焦点为 、,M 为椭圆上任意一点,则 的最大值为 ______。
四、当堂检测
1. 已知椭圆 的弦 AB 的中点为 ,则 AB 的斜率为( )
A.
B.
C.
D.
2. 直线 与椭圆 的公共点个数为( )
A.0
B.1
C.2
D.个数与 k 的取值有关
3. 椭圆 的通径(过焦点且垂直于长轴的弦)长为( )
A.7
B.
C.
D.
4. 直线 与椭圆 交于 A、B 两点,O 为原点,当 面积最大时,m=( )
A.
B.
C.
D.
5. 椭圆 上一点 P 到右焦点的距离为 2,则 P 到左焦点的距离为( )
A.2
B.4
C.6
D.8
课堂小结
一条主线:定义 → 方程 → 性质 → 联立 → Δ → 韦达 → 目标式。碰见弦长、中点、面积,先问一句:能不能写成 与 。
两个前提:① 联立之后先写 Δ>0;② 中点弦求出直线,回代验 Δ(或者确认中点在椭圆内)。
两套办法:只求斜率,用点差法,代点 → 作差 → 代中点,三步出结果;要弦长、面积、定值,必须联立用韦达。答案能秒出,过程一步都不能省。
设线规矩:斜率确定就设 ;斜率不确定,先单独讨论斜率不存在的情形,再设斜截式。
答题规范:设点或设线 → 代点 → 作差(联立)→ Δ → 韦达(或中点)→ 目标式 → 作答。Δ 与代入这两步不跳,步骤分就在这儿。
易错提醒(交卷前扫一眼)
① 焦点在哪条轴上还没判断就开始写 ,后面整道题都会反。
② “有两个公共点”是 Δ>0,“只有一个”是 Δ=0。对着图估个数,十次有三次估错。
③ 弦长公式里 ,分母是 |A|。漏掉分母、只写 √Δ 的,一错到底。
④ 中点弦的 k 求出来,还要回代验 Δ>0。中点在椭圆外,弦不存在。
⑤ 焦点三角形的第一句永远是定义式,别上来就设 硬算。
五、课后巩固
1. 直线 与椭圆 交于 A、B 两点,若 ,则 m= ______。
2. 直线 l 与椭圆 交于 A、B 两点,O 为原点,若 ,则点 O 到直线 l 的距离为 ______。
3. 直线 与椭圆 交于 A、B 两点,O 为原点,若 ,则 m= ______。
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班级 姓名 日期
人教 A 版 · 选择性必修第一册 · 3.1
椭圆与直线 教材同步学案
学习目标
① 弄清定义里“大于”那句,会由焦点位置和 2a 写出标准方程。
② 性质四条背得下来、画得出草图,给两个量会求第三个。
③ 会联立消元:Δ 判位置,韦达求弦长与面积,点差法管中点弦。
思维导图
一句话把整节课串起来:定义认出图形,性质定下形状,联立算出目标。三步走完,椭圆题的花样就不多了。
一、知识梳理
1. 椭圆的定义与标准方程
平面内到两个定点的距离之和等于一个常数、且这个常数比两定点间距离大的点,全部合起来就是椭圆。两个定点叫焦点,常数习惯记作 2a,两焦点间的距离记作 2c。三者关系只有一句:a 最大,。
“大于”这两个字是有用的。2a=2c 时,符合条件的点只剩线段 F₁F₂ 上的点; 时,一个点也找不到。上来先看这一条,再谈别的。
焦点落在哪条轴上,只看分母:x² 下面的分母大,焦点在 x 轴;y² 下面的分母大,焦点在 y 轴。两个式子长得像,抄的时候最容易抄反。
焦点在 x 轴上
焦点在 y 轴上
焦点 ,长轴在 x 轴
焦点 ,长轴在 y 轴
顶点 、
顶点 、
,
同样 ,落在 底下
写方程的顺序:先定焦点位置,再定 a,最后用 补 b。顺序一乱,答案跟着错。
2. 椭圆的几何性质
以 为例,四条性质一次记全:
范围 ,。画草图先把这四条边界线拉出来,椭圆就框在矩形里。
对称 关于 x 轴、y 轴、原点都对称。所以研究第一象限那一段就够了。
顶点 、;长轴长 2a,短轴长 2b,焦距 2c。
离心率 e 越大越扁,越接近 0 越像圆:
e 只认比值。同一组 a、b 按比例放大缩小,e 一点不变。所以题目爱给离心率:它管的是形状,不管大小。
3. 直线与椭圆的位置关系
直线和椭圆放一起,联立、消元,最后一定落到一个一元二次方程上。椭圆方程里 x²、y² 的系数都不为零,消完元二次项系数不会消失,A≠0。交点有几个,全看 Δ。
判别式
交点个数
位置关系
两个
相交
一个
相切
零个
相离
联立完先写 Δ,别急着写韦达。Δ 不大于零,你以为的那两个根压根不存在,后面算得再漂亮也是白算。
4. 弦长公式
直线 交椭圆于 、,弦长有现成公式,不必真把两点坐标解出来。
直线竖直、斜率不存在时,设 ,两交点的纵坐标相减就是弦长:
记法:根号里是 1 加斜率的平方,乘的是“被消掉那个变量”的差;分母是 |A|,即消元后 x² 的系数。漏掉分母、直接把 √Δ 当弦长,是考场上最常见的丢分。
5. 中点弦:点差法
椭圆内一点 M,过它作弦,弦有无数条;被 M 平分的只有一条。求这条弦的斜率,教材给的是联立加韦达,能用,就是算量大。另有一条近路,叫点差法。它不神秘,只是把“两点都在椭圆上”这件事用了两遍。
(1)点差法:原理与完整推导
设弦的两端点 、,中点 ,椭圆为 。先把两个端点分别代进去:
① ②
② 减 ①,右边 1−1=0,左边的平方项按平方差拆开:
两边同除 (弦不竖直),剩下的 就是斜率 k:
再把中点公式 、 代进去,一步就解出 k:
原理很朴素:A、B 各自满足椭圆方程,两式一减,二次项立刻降成“和”;平方差一分解, 正好是中点的两倍。
两个坑要说在前面:
① 上面那个除法,前提是弦不竖直、且 。中点正好落在 x 轴上,或者弦垂直于 x 轴,公式不能直接套,得回去设 单独算。
② 点差法只管斜率。求弦长、面积、定值,还是得回到联立加韦达。工具各管一段,别指望一个办法打全场。
(2)大题必须写出全过程
点差法一步就能出 k,卷面却不能只有这一步。评分时真正给分的地方在下面五处,按顺序写全:
① 设点 2 分 设 、、中点 ,并写明两点都在椭圆上。
② 代点 3 分 两个坐标分别代入椭圆方程,写出两个等式。
③ 作差 3 分 两式相减,写出平方差分解之后的那一行。
④ 代入 2 分 用 、、化到只含 k 与 、。
⑤ 检验作答 2 分 回代验 Δ>0(或说明 M 在椭圆内部),写出直线方程并作答。
只写“由点差法得 k=…,故所求直线为…”,中间空着,最多给你结论那几分。②③④ 才是主体分,别省。
(3)韦达法:教材通法,作对照
同一条弦也能硬联立:设过 M 的直线 ,代入椭圆消去 y,得关于 x 的一元二次方程。韦达给出
里只剩 k,令它等于 2x₀,解一个一元方程就得到斜率。所谓“设而不求”,就是只设坐标、不解坐标:弦长、中点、面积,全部先写成 与 的样子,最后一次性代韦达。
怎么选:只问斜率,点差法三行完事;要弦长、面积、定值,老老实实联立。两条路都得走通,考场上才敢挑。
6. 焦点三角形
P 在椭圆上,、是两焦点, 就叫焦点三角形。两个结论,都由定义直接推出来。
周长 ,只跟 a、c 有关,P 在哪都一样。
面积 ,而 ,所以 。
拿到焦点三角形,第一句先写定义:两腰之和等于 2a。给了直角再补一条勾股,两式一减,乘积和面积一起出来。一上来就设坐标硬算,往往算到一半卡住。
7. 一条主线
联立 → 消元 → Δ → 韦达 → 目标式。弦长、中点、面积、定值,全在这条线上。动笔前先问自己一句:这个目标量能不能写成 与 的样子?能,就往下算;不能,先变形再算。
二、例题精讲
题型一 椭圆的定义与标准方程
例 1 已知椭圆的两个焦点为 、,椭圆上一点到两焦点的距离之和为 12,则椭圆的标准方程为( )
A.
B.
C.
D.
焦距是 2c,不是 c。谁的分母大,a² 就写在谁下面。
答案 B 焦距 ,得 ;距离之和 ,得 。所以 。焦点在 y 轴上,写在 底下,得 。
随堂练习 1-1 已知椭圆的两个焦点为 、,椭圆上一点到两焦点的距离之和为 10,则该椭圆的标准方程为( )
A.
B.
C.
D.
焦点在 x 轴上,a² 就落在 x² 底下。
答案 C ,;,;。焦点在 x 轴上,得 。
题型二 几何性质与离心率
例 2 已知椭圆的长轴长为 12,短轴长为 8,则该椭圆的离心率为( )
A.
B.
C.
D.
12 是长轴长,6 才是 a。轴长和半轴长差一个 2。
答案 D ,;,。,故 。
随堂练习 2-1 若椭圆的长轴长是短轴长的 3 倍,则该椭圆的离心率为( )
A.
B.
C.
D.
a=3b 代进 c²=a²−b²,c 也用 b 表示出来。
答案 B 长轴长是短轴长的 3 倍,即 。,。
题型三 直线与椭圆的位置关系
例 3 若直线 与椭圆 有两个不同的公共点,则 m 的取值范围是( )
A.
B.
C.
D.
两个不同公共点就是 Δ>0;开区间,端点取不到。
答案 C 代入消去 y:,即 。,得 ,即 。
随堂练习 3-1 若直线 与椭圆 相切,则 m=( )
A.
B.
C.
D.
相切就是 Δ=0,解出来一般是对称的两个值。
答案 D 由 代入得 ,即 。令 ,得 ,。
题型四 弦长问题
例 4 过椭圆 的右焦点作斜率为 1 的直线,交椭圆于 A、B 两点,则 ( )
A.
B.
C.
D.
先由 c²=a²−b² 找焦点,再写直线,最后套弦长公式。
答案 B ,右焦点为 ,直线 。代入得 ,两根为 0 与 。故 。
随堂练习 4-1 过椭圆 的右焦点且斜率为 1 的直线截椭圆所得弦长为( )
A.
B.
C.
D.
这里 c²=3,焦点是 (√3, 0),别把 3 当成 c。
答案 A ,直线 。代入得 ,两根之差为 。。
题型五 中点弦(设而不求)
例 5 已知椭圆 ,以 为中点的弦所在直线的方程为( )
A.
B.
C.
D.
代进去一分钟出结果,但卷面上代点、作差要写全。
答案 B ,直线为 ,整理得 。(M 在椭圆内,Δ>0 必成立)
随堂练习 5-1 椭圆 的一条弦被点 平分,则该弦所在直线的方程为( )
A.
B.
C.
D.
a²=16,b²=4,分子分母别抄反。
答案 D ,直线为 ,即 。
题型六 焦点三角形
例 6 已知椭圆 的焦点为 、,P 为椭圆上一点,且 ,则 的面积为( )
A.3
B.7
C.9
D.14
定义式与勾股式一减,先得两腰乘积,再得面积。
答案 B 设两腰为 m、n,则 ,直角给出 。两式相减得 ,,。
随堂练习 6-1 已知椭圆 的焦点为 、,P 为椭圆上一点,则 面积的最大值为( )
A.
B.7
C.
D.12
面积只跟 P 的纵坐标有关,纵坐标最大是 b。
答案 A ,而 ,所以 。
题型七 面积最值(联立 + 韦达)
例 7 直线 与椭圆 交于 A、B 两点,O 为原点,当 面积最大时,m=( )
A.
B.
C.
D.
面积写成 ,而 。
答案 B 代入得 ,。,等号在 处取得,故 。
随堂练习 7-1 直线 与椭圆 交于 A、B 两点,O 为原点,当 面积最大时,m=( )
A.
B.
C.
D.
配方后是个二次函数求最值,Δ>0 的范围顺带要写上。
答案 C 代入得 ,。,等号在 处,故 。
三、高考真题改编演练
1. 已知椭圆 的离心率为 ,且经过点 ,则椭圆的标准方程为 ______。
答案 ,即 ,于是 。代点得 ,,,。
2. 已知椭圆 的焦点为 、,M 为椭圆上任意一点,则 的最大值为 ______。
答案 7 设 ,两焦点关于原点对称,则 。在长轴端点取到最大值 ,故最大值 ,即 。
四、当堂检测
1. 已知椭圆 的弦 AB 的中点为 ,则 AB 的斜率为( )
A.
B.
C.
D.
答案 B 由点差法 。
2. 直线 与椭圆 的公共点个数为( )
A.0
B.1
C.2
D.个数与 k 的取值有关
答案 C 直线恒过 ,而 ,该点在椭圆内部,所以不论 k 取何值都恰有两个公共点。
3. 椭圆 的通径(过焦点且垂直于长轴的弦)长为( )
A.7
B.
C.
D.
答案 D ,令 得 ,,,故通径长为 。
4. 直线 与椭圆 交于 A、B 两点,O 为原点,当 面积最大时,m=( )
A.
B.
C.
D.
答案 A 代入得 ,。,等号在 处,故 。
5. 椭圆 上一点 P 到右焦点的距离为 2,则 P 到左焦点的距离为( )
A.2
B.4
C.6
D.8
答案 C ,由定义 ,故到左焦点的距离为 。
课堂小结
一条主线:定义 → 方程 → 性质 → 联立 → Δ → 韦达 → 目标式。碰见弦长、中点、面积,先问一句:能不能写成 与 。
两个前提:① 联立之后先写 Δ>0;② 中点弦求出直线,回代验 Δ(或者确认中点在椭圆内)。
两套办法:只求斜率,用点差法,代点 → 作差 → 代中点,三步出结果;要弦长、面积、定值,必须联立用韦达。答案能秒出,过程一步都不能省。
设线规矩:斜率确定就设 ;斜率不确定,先单独讨论斜率不存在的情形,再设斜截式。
答题规范:设点或设线 → 代点 → 作差(联立)→ Δ → 韦达(或中点)→ 目标式 → 作答。Δ 与代入这两步不跳,步骤分就在这儿。
易错提醒(交卷前扫一眼)
① 焦点在哪条轴上还没判断就开始写 ,后面整道题都会反。
② “有两个公共点”是 Δ>0,“只有一个”是 Δ=0。对着图估个数,十次有三次估错。
③ 弦长公式里 ,分母是 |A|。漏掉分母、只写 √Δ 的,一错到底。
④ 中点弦的 k 求出来,还要回代验 Δ>0。中点在椭圆外,弦不存在。
⑤ 焦点三角形的第一句永远是定义式,别上来就设 硬算。
五、课后巩固
1. 直线 与椭圆 交于 A、B 两点,若 ,则 m= ______。
答案 代入得 ,。,得 ,。
2. 直线 l 与椭圆 交于 A、B 两点,O 为原点,若 ,则点 O 到直线 l 的距离为 ______。
答案 设 ,联立得 。由 化出 ,故 。
3. 直线 与椭圆 交于 A、B 两点,O 为原点,若 ,则 m= ______。
答案 代入得 。由 得 ,;此时 ,成立。
答案速查
题号
答案
题号
答案
题号
答案
例 1
B
例 2
D
例 3
C
例 4
B
例 5
B
例 6
B
例 7
B
1-1
C
2-1
B
3-1
D
4-1
A
5-1
D
6-1
A
7-1
C
高考 1
高考 2
7
检测 1
B
检测 2
C
检测 3
D
检测 4
A
检测 5
C
巩固 1
巩固 2
巩固 3
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