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1、第2講空間幾何體的表面積與體積1圓柱、圓錐、圓臺(tái)的側(cè)面展開(kāi)圖及其側(cè)面積公式圓柱圓錐圓臺(tái)側(cè)面展開(kāi)圖側(cè)面積公式S圓柱側(cè)2rlS圓錐側(cè)rlS圓臺(tái)側(cè)(rr)l2.空間幾何體的表面積與體積公式表面積體積柱體(棱柱和圓柱)S表面積S側(cè)2S底VS底h錐體(棱錐和圓錐)S表面積S側(cè)S底VS底h臺(tái)體(棱臺(tái)和圓臺(tái))S表面積S側(cè)S上S下V(S上S下)h球S4R2VR33.幾個(gè)與球有關(guān)的切、接的常用結(jié)論(1)正方體的棱長(zhǎng)為a,外接球的半徑為R,內(nèi)切球的半徑為r;若球?yàn)檎襟w的外接球,則2Ra;若球?yàn)檎襟w的內(nèi)切球,則2ra;若球與正方體的各棱相切,則2Ra.(2)長(zhǎng)方體的共頂點(diǎn)的三條棱長(zhǎng)分別為a,b,c,外接球的半徑
2、為R,則2R.(3)正四面體的棱長(zhǎng)為a,外接球的半徑為R,內(nèi)切球的半徑為r;外接球:球心是正四面體的中心;半徑Ra;內(nèi)切球:球心是正四面體的中心;半徑ra.判斷正誤(正確的打“”,錯(cuò)誤的打“×”)(1)多面體的表面積等于各個(gè)面的面積之和()(2)錐體的體積等于底面積與高之積()(3)球的體積之比等于半徑比的平方()(4)簡(jiǎn)單組合體的體積等于組成它的簡(jiǎn)單幾何體體積的和或差()(5)長(zhǎng)方體既有外接球又有內(nèi)切球()(6)圓柱的一個(gè)底面積為S,側(cè)面展開(kāi)圖是一個(gè)正方形,那么這個(gè)圓柱的側(cè)面積是2S.()答案:(1)(2)×(3)×(4)(5)×(6)×某幾
3、何體的三視圖如圖所示(單位:cm),則該幾何體的體積是()A8 cm3B12 cm3C. cm3D. cm3解析:選C.由三視圖可知,該幾何體是由一個(gè)正方體和一個(gè)正四棱錐構(gòu)成的組合體下面是棱長(zhǎng)為2 cm的正方體,體積V12×2×28(cm3);上面是底面邊長(zhǎng)為2 cm,高為2 cm的正四棱錐,體積V2×2×2×2(cm3),所以該幾何體的體積VV1V2(cm3)(2018·云南省11??鐓^(qū)調(diào)研)已知某幾何體的三視圖如圖所示,則該幾何體的體積為()A1B2C3D6解析:選C.依題意,題中的幾何體是一個(gè)直三棱柱(其底面左、右相對(duì)),其中底
4、面是直角邊長(zhǎng)分別為1、2的直角三角形,側(cè)棱長(zhǎng)為3,因此其體積為×33.一直角三角形的三邊長(zhǎng)分別為6 cm,8 cm,10 cm,繞斜邊旋轉(zhuǎn)一周所得幾何體的表面積為_(kāi)解析:旋轉(zhuǎn)一周所得幾何體為以 cm為半徑的兩個(gè)同底面的圓錐,其表面積為S××6××8(cm2)答案: cm2(2017·高考全國(guó)卷)長(zhǎng)方體的長(zhǎng)、寬、高分別為3,2,1,其頂點(diǎn)都在球O的球面上,則球O的表面積為_(kāi)解析:依題意得,長(zhǎng)方體的體對(duì)角線長(zhǎng)為,記長(zhǎng)方體的外接球的半徑為R,則有2R,R,因此球O的表面積等于4R214.答案:14空間幾何體的表面積 典例引領(lǐng)(1)(2016
5、·高考全國(guó)卷)如圖,某幾何體的三視圖是三個(gè)半徑相等的圓及每個(gè)圓中兩條互相垂直的半徑若該幾何體的體積是,則它的表面積是()A17B18 C20D28(2)(2018·合肥市第一次教學(xué)質(zhì)量檢測(cè))一個(gè)幾何體的三視圖如圖所示(其中正視圖的弧線為四分之一圓周),則該幾何體的表面積為()A726B724C486D484【解析】(1)由三視圖可得此幾何體為一個(gè)球切割掉后剩下的幾何體,設(shè)球的半徑為r,故×r3,所以r2,表面積S×4r2r217,選A.(2)由三視圖知,該幾何體由一個(gè)正方體的部分與一個(gè)圓柱的部分組合而成(如圖所示),其表面積為16×2(164)
6、×24×(22)726,故選A.【答案】(1)A(2)A空間幾何體表面積的求法(1)以三視圖為載體的幾何體的表面積問(wèn)題,關(guān)鍵是分析三視圖確定幾何體中各元素之間的位置關(guān)系及數(shù)量關(guān)系(2)多面體的表面積是各個(gè)面的面積之和;組合體的表面積問(wèn)題應(yīng)注意銜接部分的處理(3)旋轉(zhuǎn)體的表面積問(wèn)題應(yīng)注意其側(cè)面展開(kāi)圖的應(yīng)用通關(guān)練習(xí)1(2018·蘭州市診斷考試)某幾何體的三視圖如圖所示,則該幾何體的表面積為()A(9)B(92)C(10)D(102)解析:選A.由三視圖可知,該幾何體為一個(gè)圓柱挖去一個(gè)同底的圓錐,且圓錐的高是圓柱高的一半故該幾何體的表面積S×124×
7、2×2×(9).2(2018·河南許昌月考)已知某幾何體的三視圖如圖所示,則該幾何體的表面積為()A94()B102()C112()D112()解析:選C.如圖所示,該幾何體是棱長(zhǎng)為2的正方體截去兩個(gè)小三棱柱得到的四棱柱其表面積為2×22×12×2×2×112()空間幾何體的體積(高頻考點(diǎn))空間幾何體的體積是每年高考的熱點(diǎn),多與三視圖結(jié)合考查,題型多為選擇題、填空題,難度較小高考對(duì)空間幾何體的體積的考查常有以下兩個(gè)命題角度:(1)求簡(jiǎn)單幾何體的體積;(2)求組合體的體積 典例引領(lǐng)角度一求簡(jiǎn)單幾何體的體積(1)(補(bǔ)形
8、法)(2017·高考全國(guó)卷)如圖,網(wǎng)格紙上小正方形的邊長(zhǎng)為1,粗實(shí)線畫(huà)出的是某幾何體的三視圖,該幾何體由一平面將一圓柱截去一部分后所得,則該幾何體的體積為()A90B63C42D36(2)(等積法)如圖,正方體ABCDA1B1C1D1的棱長(zhǎng)為1,E,F(xiàn)分別為線段AA1,B1C上的點(diǎn),則三棱錐D1EDF的體積為_(kāi)【解析】(1)法一:(補(bǔ)形法)如圖所示,由幾何體的三視圖,可知該幾何體是一個(gè)圓柱被截去上面虛線部分所得將圓柱補(bǔ)全,并將圓柱體從點(diǎn)A處水平分成上下兩部分由圖可知,該幾何體的體積等于下部分圓柱的體積加上上部分圓柱體積的,所以該幾何體的體積V×32&
9、#215;4×32×6×63.法二:(估值法)由題意,知V圓柱<V幾何體<V圓柱又V圓柱×32×1090,所以45<V幾何體<90.觀察選項(xiàng)可知只有63符合(2)(等積法)三棱錐D1EDF的體積即為三棱錐FDD1E的體積因?yàn)镋,F(xiàn)分別為AA1,B1C上的點(diǎn),所以在正方體ABCDA1B1C1D1中,EDD1的面積為定值,F(xiàn)到平面AA1D1D的距離為定值1,所以VD1EDFVFDD1E××1.【答案】(1)B(2)角度二求組合體的體積(1)(分割
10、法)(2017·高考浙江卷)某幾何體的三視圖如圖所示(單位:cm),則該幾何體的體積(單位:cm3)是()A.1B.3C.1D.3(2)(分割法)(2017·高考山東卷)由一個(gè)長(zhǎng)方體和兩個(gè)圓柱體構(gòu)成的幾何體的三視圖如圖,則該幾何體的體積為_(kāi)【解析】(1)由幾何體的三視圖可得,該幾何體是由半個(gè)圓錐和一個(gè)三棱錐組成的,故該幾何體的體積V××3××2×1×31,故選A.(2)由題意知該幾何體是由一個(gè)長(zhǎng)方體和兩個(gè)圓柱體構(gòu)成,其中長(zhǎng)方體的體積V12×1×12,兩個(gè)圓柱體的體積之和V2××
11、;12×1×2,所以該幾何體的體積VV1V22.【答案】(1)A(2)2 通關(guān)練習(xí)1(2018·昆明市教學(xué)質(zhì)量檢測(cè))如圖,網(wǎng)格紙上小正方形的邊長(zhǎng)為1,粗實(shí)線畫(huà)出的是某幾何體的三視圖,則該幾何體的體積為()A24B30C42D60解析:選A.由三視圖知,該幾何體是半徑為3的半球與底面半徑為3、高為4的半圓錐的組合體,所以該幾何體的體積V××33××32×424,故選A.2如圖所示,已知多面體ABCDEFG中,AB,AC,AD兩兩互相垂直,平面ABC平面DEFG,平面BEF平面ADGC,ABADDG2,ACEF1,則該
12、多面體的體積為_(kāi)解析:法一:(分割法)因?yàn)閹缀误w有兩對(duì)相對(duì)面互相平行,如圖所示,過(guò)點(diǎn)C作CHDG于H,連接EH,即把多面體分割成一個(gè)直三棱柱DEHABC和一個(gè)斜三棱柱BEFCHG.由題意,知V三棱柱DEHABCSDEH×AD(×2×1)×22,V三棱柱BEFCHGSBEF×DE×22.故所求幾何體的體積為V多面體ABCDEFG224.法二:(補(bǔ)形法)因?yàn)閹缀误w有兩對(duì)相對(duì)面互相平行,如圖所示,將多面體補(bǔ)成棱長(zhǎng)為2的正方體,顯然所求多面體的體積即該正方體體積的一半又正方體的體積V正方體ABH
13、IDEKG238,故所求幾何體的體積為V多面體ABCDEFG×84.答案:4球與空間幾何體的接、切問(wèn)題典例引領(lǐng)(1)(2017·高考全國(guó)卷)已知圓柱的高為1,它的兩個(gè)底面的圓周在直徑為2的同一個(gè)球的球面上,則該圓柱的體積為()AB.C.D. (2)(2018·河南省六市第一次聯(lián)考)三棱錐PABC中,ABBC,AC6,PC平面ABC,PC2,則該三棱錐的外接球的表面積為()A.B.C.D.【解析】(1)設(shè)圓柱的底面半徑為r,則r212,所以,圓柱的體積V×1,故選B.(2)由題可知,ABC中AC邊上的高為,球心O在底面ABC的投影即
14、為ABC的外心D,設(shè)DADBDCx,所以x232(x)2,解得x,所以R2x21(其中R為三棱錐外接球的半徑),所以外接球的表面積S4R2,故選D.【答案】(1)B(2)D若本例(2)中的ABC變?yōu)檫呴L(zhǎng)為的等邊三角形求三棱錐外接球的表面積解:由題意得,此三棱錐外接球即為以ABC為底面、以PC為高的正三棱柱的外接球,因?yàn)锳BC的外接圓半徑r××1,外接球球心到ABC的外接圓圓心的距離d1,所以外接球的半徑R,所以三棱錐外接球的表面積S4R28.處理球的“切”“接”問(wèn)題的求解策略(1)“切”的處理與球有關(guān)的內(nèi)切問(wèn)題主要是指球內(nèi)切多面體與旋轉(zhuǎn)體,解答時(shí)首先要找準(zhǔn)切點(diǎn),通過(guò)作截面來(lái)
15、解決如果內(nèi)切的是多面體,則作截面時(shí)主要抓住多面體過(guò)球心的對(duì)角面來(lái)作(2)“接”的處理把一個(gè)多面體的幾個(gè)頂點(diǎn)放在球面上即為球的外接問(wèn)題解決這類(lèi)問(wèn)題的關(guān)鍵是抓住外接的特點(diǎn),即球心到多面體的頂點(diǎn)的距離等于球的半徑通關(guān)練習(xí)1(2018·貴陽(yáng)市檢測(cè))三棱錐PABC的四個(gè)頂點(diǎn)都在體積為的球的表面上,底面ABC所在的小圓面積為16,則該三棱錐的高的最大值為()A4B6C8D10解析:選C.依題意,設(shè)題中球的球心為O、半徑為R,ABC的外接圓半徑為r,則,解得R5,由r216,解得r4,又球心O到平面ABC的距離為3,因此三棱錐PABC的高的最大值為538.2設(shè)球O內(nèi)切于正三
16、棱柱ABCA1B1C1,則球O的體積與正三棱柱ABCA1B1C1的體積的比值為_(kāi)解析:設(shè)球O半徑為R,正三棱柱ABCA1B1C1的底面邊長(zhǎng)為a,則R×a,即a2R,又正三棱柱ABCA1B1C1的高為2R,所以球O的體積與正三棱柱ABCA1B1C1的體積的比值為.答案:數(shù)學(xué)文化與立體幾何 典例引領(lǐng)(2018·山西五校聯(lián)考)九章算術(shù)是我國(guó)古代內(nèi)容極為豐富的數(shù)學(xué)名著,書(shū)中有如下問(wèn)題:“今有芻甍,下廣三丈,袤四丈;上袤二丈,無(wú)廣;高一丈,問(wèn):積幾何?”其意思為:“今有底面為矩形的屋脊?fàn)畹男w,下底面寬3丈,長(zhǎng)4丈;上棱長(zhǎng)2
17、丈,高一丈,問(wèn)它的體積是多少?”已知1丈為10尺,現(xiàn)將該楔體的三視圖給出,其中網(wǎng)格紙上小正方形的邊長(zhǎng)為1丈,則該楔體的體積為()A5 000立方尺B5 500立方尺C6 000立方尺D6 500立方尺【解析】該楔體的直觀圖如圖中的幾何體ABCDEF.取AB的中點(diǎn)G,CD的中點(diǎn)H,連接FG,GH,HF,則該幾何體的體積為四棱錐FGBCH與三棱柱ADEGHF的體積之和又可以將三棱柱ADEGHF割補(bǔ)成高為EF,底面積為S×3×1平方丈的一個(gè)直棱柱,故該楔體的體積V×2×2×3×15立方丈5 000立方尺【
18、答案】A求解與數(shù)學(xué)文化有關(guān)的立體幾何問(wèn)題應(yīng)過(guò)的三關(guān)(2018·鄭州市第二次質(zhì)量預(yù)測(cè))我國(guó)南北朝時(shí)期數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家祖暅,提出了著名的祖暅原理:“冪勢(shì)既同,則積不容異”,“冪”是截面積,“勢(shì)”是幾何體的高,意思是兩等高立方體,若在每一等高處的截面積都相等,則兩立方體體積相等已知某不規(guī)則幾何體與如圖所對(duì)應(yīng)的幾何體滿(mǎn)足“冪勢(shì)同”,則該不規(guī)則幾何體的體積為()A4B8C8D82解析:選C.由祖暅原理可知,該不規(guī)則幾何體的體積與已知三視圖的幾何體體積相等根據(jù)題設(shè)所給的三視圖,可知題圖中的幾何體是從一個(gè)正方體中挖去一個(gè)半圓柱,正方體的體積為238,半圓柱的體積為×(×12)&
19、#215;2,因此該不規(guī)則幾何體的體積為8,故選C.處理空間幾何體體積問(wèn)題的思路(1)“轉(zhuǎn)”:指的是轉(zhuǎn)換底面與高,將原來(lái)不容易求面積的底面轉(zhuǎn)換為容易求面積的底面,或?qū)⒃瓉?lái)不容易看出的高轉(zhuǎn)換為容易看出,并容易求解長(zhǎng)度的高;(2)“拆”:指的是將一個(gè)不規(guī)則的幾何體拆成幾個(gè)簡(jiǎn)單的幾何體,便于計(jì)算;(3)“拼”:指的是將小幾何體嵌入一個(gè)大幾何體中,如有時(shí)將一個(gè)三棱錐復(fù)原成一個(gè)三棱柱,將一個(gè)三棱柱復(fù)原成一個(gè)四棱柱,還臺(tái)為錐,這些都是拼補(bǔ)的方法易錯(cuò)防范(1)求組合體的表面積時(shí),要注意各幾何體重疊部分的處理(2)底面是梯形的四棱柱側(cè)放時(shí),容易和四棱臺(tái)混淆,在識(shí)別時(shí)要緊扣定義,以防出錯(cuò)1.“牟合方蓋”是我國(guó)古
20、代數(shù)學(xué)家劉徽在研究球的體積的過(guò)程中構(gòu)造的一個(gè)和諧優(yōu)美的幾何體它由完全相同的四個(gè)曲面構(gòu)成,相對(duì)的兩個(gè)曲面在同一個(gè)圓柱的側(cè)面上,好似兩個(gè)扣合(牟合)在一起的方形傘(方蓋)其直觀圖如圖,圖中四邊形是為體現(xiàn)其直觀性所作的輔助線當(dāng)其正視圖和側(cè)視圖完全相同時(shí),它的俯視圖可能是()解析:選B.根據(jù)直觀圖以及圖中的輔助四邊形分析可知,當(dāng)正視圖和側(cè)視圖完全相同時(shí),俯視圖為B,故選B.2(2018·湖北省七市(州)聯(lián)考)如圖是一個(gè)幾何體的三視圖,其中正視圖和側(cè)視圖是兩個(gè)全等的等腰三角形,底邊長(zhǎng)為4,腰長(zhǎng)為3,則該幾何體的表面積為()A6B8C10D12解析:選C.根據(jù)三視圖,可以看出該幾何體是一個(gè)圓錐,
21、其底面圓的半徑r為2,母線長(zhǎng)l為3,故該圓錐的表面積Sr(rl)×2×(23)10,故選C.3(2018·武漢市武昌調(diào)研考試)中國(guó)古代數(shù)學(xué)名著九章算術(shù)中記載了公元前344年商鞅監(jiān)制的一種標(biāo)準(zhǔn)量器商鞅銅方升,其三視圖如圖所示(單位:寸),若取3,其體積為12.6(單位:立方寸),則圖中的x為()A1.2B1.6C1.8D2.4解析:選B.該幾何體是一個(gè)組合體,左邊是一個(gè)底面半徑為的圓柱,右邊是一個(gè)長(zhǎng)、寬、高分別為5.4x、3、1的長(zhǎng)方體,所以組合體的體積VV圓柱V長(zhǎng)方體·×x(5.4x)×3×112.6(其中3),解得x1.6
22、.故選B.4(2018·江西七校聯(lián)考)若某空間幾何體的三視圖如圖所示,則該幾何體的表面積是()A48B48C482D482解析:選A.該幾何體是正四棱柱挖去了一個(gè)半球,正四棱柱的底面是正方形(邊長(zhǎng)為2),高為5,半球的半徑是1,那么該幾何體的表面積為S2×2×22×4×5×122×1248,故選A.5(2018·河南鄭州一中押題卷二)一個(gè)多面體的直觀圖和三視圖如圖所示,點(diǎn)M是AB上的動(dòng)點(diǎn),記四面體EFMC的體積為V1,多面體ADFBCE的體積為V2,則()A.B.C.D隨點(diǎn)M位置的變化而變化解析:選B.
23、由三視圖可知多面體ADFBCE是直三棱柱,其底面是等腰直角三角形(直角邊長(zhǎng)為a),且四邊形DFEC與四邊形ABCD都是正方形,它們的邊長(zhǎng)均為a.因?yàn)镸是AB上的動(dòng)點(diǎn),且易知AB平面DFEC,所以點(diǎn)M到平面DFEC的距離等于點(diǎn)B到平面DFEC的距離,為a,所以V1VEFMCVMEFC×a·a·a,又V2a·a·a,故,故選B.6(2017·高考江蘇卷)如圖,在圓柱O1O2內(nèi)有一個(gè)球O,該球與圓柱的上、下底面及母線均相切記圓柱O1O2的體積為V1 ,球O的體積為V2 ,則的值是_解析:設(shè)球O的半徑為r,
24、則圓柱的底面半徑為r、高為2r,所以.答案:7一個(gè)幾何體的三視圖如圖所示,則該幾何體的表面積為_(kāi)解析:由三視圖可知,該幾何體是一個(gè)長(zhǎng)方體內(nèi)挖去一個(gè)圓柱體,如圖所示長(zhǎng)方體的長(zhǎng)、寬、高分別為4,3,1,表面積為4×3×23×1×24×1×238,圓柱的底面圓直徑為2,母線長(zhǎng)為1,側(cè)面積為2×12,圓柱的兩個(gè)底面面積和為2××122.故該幾何體的表面積為382238.答案:388(2018·山東日照模擬)現(xiàn)有一半球形原料,若通過(guò)切削將該原料加工成一正方體工件,則所得工件體積與原料體積之比的最大值為_(kāi)解
25、析:設(shè)球的半徑為R,正方體的棱長(zhǎng)為a.由題意得當(dāng)正方體體積最大時(shí),a2R2,所以Ra,所以所得工件體積與原料體積之比的最大值為.答案:9.如圖,在四邊形ABCD中,DAB90°,ADC135°,AB5,CD2,AD2,求四邊形ABCD繞AD旋轉(zhuǎn)一周所成幾何體的表面積及體積解:由已知得:CE2,DE2,CB5,S表面S圓臺(tái)側(cè)S圓臺(tái)下底S圓錐側(cè)(25)×5×25×2×2(604),VV圓臺(tái)V圓錐(·22·52)×4×22×2.10已知一個(gè)幾何體的三視圖如圖所示(1)求此幾何體的表面積;(2
26、)如果點(diǎn)P,Q在正視圖中所示位置,P為所在線段中點(diǎn),Q為頂點(diǎn),求在幾何體表面上,從P到Q點(diǎn)的最短路徑的長(zhǎng)解:(1)由三視圖知該幾何體是由一個(gè)圓錐與一個(gè)圓柱組成的組合體,其表面積是圓錐的側(cè)面積、圓柱的側(cè)面積和圓柱的一個(gè)底面積之和S圓錐側(cè)(2a)·(a)a2,S圓柱側(cè)(2a)·(2a)4a2,S圓柱底a2,所以S表a24a2a2(5)a2.(2)沿P點(diǎn)與Q點(diǎn)所在母線剪開(kāi)圓柱側(cè)面,如圖則PQa,所以從P點(diǎn)到Q點(diǎn)在側(cè)面上的最短路徑的長(zhǎng)為a.1某三棱錐的三視圖如圖所示,則該三棱錐的體積為()A.B.C.D1解析:選A.由三視圖可得該幾何體的直觀圖為三棱錐ABCD,將其放在長(zhǎng)方體中如圖
27、所示,其中BDCD1,CDBD,三棱錐的高為1,所以三棱錐的體積為××1×1×1.故選A.2(2018·福建泉州質(zhì)檢)如圖,在正方形網(wǎng)格紙上,實(shí)線畫(huà)出的是某多面體的三視圖及其部分尺寸若該多面體的頂點(diǎn)在同一球面上,則該球的表面積等于()A8B18C24D8解析:選C.設(shè)球的半徑為R.多面體是兩個(gè)正四棱錐的組合體(底面重合)兩頂點(diǎn)之間的距離為2R,底面是邊長(zhǎng)為R的正方形,由R232R26,故該球的表面積S4R224.選C.3.在長(zhǎng)方體ABCDA1B1C1D1中,ABBC2,過(guò)A1,C1,B三點(diǎn)的平面截去長(zhǎng)方體的一個(gè)角后,得到如圖所示的幾
28、何體ABCDA1C1D1,這個(gè)幾何體的體積為,則經(jīng)過(guò)A1,C1,B,D四點(diǎn)的球的表面積為_(kāi)解析:設(shè)AA1x,則VABCDA1C1D1VABCDA1B1C1D1VBA1B1C12×2×x××2×2×x,則x4.因?yàn)锳1,C1,B,D是長(zhǎng)方體的四個(gè)頂點(diǎn),所以經(jīng)過(guò)A1,C1,B,D四點(diǎn)的球的球心為長(zhǎng)方體ABCDA1B1C1D1的體對(duì)角線的中點(diǎn),且長(zhǎng)方體的體對(duì)角線為球的直徑,所以球的半徑R,所以球的表面積為24.答案:244(2017·高考全國(guó)卷)已知三棱錐SABC的
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