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2022年高考數(shù)學(xué)一輪復(fù)習(xí)講練測(cè)(新高考·浙江)第七章不等式專題7.3二元一次不等式(組)與簡(jiǎn)單的線性規(guī)劃問(wèn)題(講)【考試要求】1.了解二元一次不等式的幾何意義,掌握平面區(qū)域與二元一次不等式組之間的關(guān)系,并會(huì)求解簡(jiǎn)單的二元線性規(guī)劃問(wèn)題.【高考預(yù)測(cè)】(1)線性目標(biāo)函數(shù)、距離型、斜率型的目標(biāo)函數(shù)最值問(wèn)題.(2)重點(diǎn)考查目標(biāo)函數(shù)在線性約束條件下的最大值和最小值問(wèn)題——線性規(guī)劃問(wèn)題,命題形式以選擇、填空為主,但也有解答題以應(yīng)用題的形式出現(xiàn).【知識(shí)與素養(yǎng)】知識(shí)點(diǎn)1.二元一次不等式(組)表示的平面區(qū)域在平面直角坐標(biāo)系中,直線將平面分成兩部分,平面內(nèi)的點(diǎn)分為三類:①直線上的點(diǎn)(x,y)的坐標(biāo)滿足:;②直線一側(cè)的平面區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)(x,y)的坐標(biāo)滿足:;③直線另一側(cè)的平面區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)(x,y)的坐標(biāo)滿足:.即二元一次不等式或在平面直角坐標(biāo)系中表示直線的某一側(cè)所有點(diǎn)組成的平面區(qū)域,直線叫做這兩個(gè)區(qū)域的邊界,(虛線表示區(qū)域不包括邊界直線,實(shí)線表示區(qū)域包括邊界直線).由幾個(gè)不等式組成的不等式組所表示的平面區(qū)域,是各個(gè)不等式所表示的平面區(qū)域的公共部分.【典例1】(2021·浙江高三二模)在平面直角坐標(biāo)系中,不等式組所表示的平面區(qū)域是一個(gè)梯形,則實(shí)數(shù)的取值范圍是()A. B.C. D.【答案】D【解析】先作出表示的平面區(qū)域,再根據(jù)過(guò)定點(diǎn)分,,三種情況討論求解即可.【詳解】根據(jù)題意可得表示的平面區(qū)域?yàn)槿鐖D的陰影部分,因?yàn)?,過(guò)定點(diǎn),所以當(dāng)時(shí),此時(shí)易知不等式組表示的平面區(qū)域?yàn)樘菪危瑵M足題意;當(dāng)時(shí),此時(shí)直線繞著點(diǎn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),當(dāng)直線過(guò)點(diǎn)時(shí),不在構(gòu)成梯形,此時(shí)直線的斜率為,所以當(dāng)時(shí)滿足題意;當(dāng)時(shí),此時(shí)直線繞著點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)至垂直于軸的過(guò)程中,只有直線與平行時(shí)不滿足條件,即,所以實(shí)數(shù)的取值范圍是.綜上,實(shí)數(shù)的取值范圍是.故選:D【規(guī)律方法】由幾個(gè)不等式組成的不等式組所表示的平面區(qū)域,是各個(gè)不等式所表示的平面區(qū)域的公共部分.1.判斷二元一次不等式Ax+By+c>0(或<0)表示直線的哪一側(cè)的方法:因?yàn)閷?duì)在直線Ax+By+C=0同一側(cè)的所有點(diǎn)(x,y),數(shù)Ax+By+C的符號(hào)相同,所以只需在此直線的某一側(cè)任取一點(diǎn)(x0,y0)(若原點(diǎn)不在直線上,則取原點(diǎn)(0,0)最簡(jiǎn)便),它的坐標(biāo)代入Ax+By+c,由其值的符號(hào)即可判斷二元一次不等式Ax+By+c>0(或<0)表示直線的哪一側(cè).2.畫二元一次不等式或表示的平面區(qū)域的基本步驟:①畫出直線(有等號(hào)畫實(shí)線,無(wú)等號(hào)畫虛線);②當(dāng)時(shí),取原點(diǎn)作為特殊點(diǎn),判斷原點(diǎn)所在的平面區(qū)域;當(dāng)時(shí),另取一特殊點(diǎn)判斷;③確定要畫不等式所表示的平面區(qū)域.知識(shí)點(diǎn)2.目標(biāo)函數(shù)的最值名稱意義約束條件由變量x,y組成的不等式(組)線性約束條件由x,y的一次不等式(或方程)組成的不等式(組)目標(biāo)函數(shù)關(guān)于x,y的函數(shù)解析式,如z=2x+3y等線性目標(biāo)函數(shù)關(guān)于x,y的一次解析式可行解滿足線性約束條件的解(x,y)可行域所有可行解組成的集合最優(yōu)解使目標(biāo)函數(shù)取得最大值或最小值的可行解線性規(guī)劃問(wèn)題在線性約束條件下求線性目標(biāo)函數(shù)的最大值或最小值問(wèn)題【典例2】(2021·全國(guó)高考真題(文))若滿足約束條件則的最小值為()A.18 B.10 C.6 D.4【答案】C【解析】由題意作出可行域,變換目標(biāo)函數(shù)為,數(shù)形結(jié)合即可得解.【詳解】由題意,作出可行域,如圖陰影部分所示,由可得點(diǎn),轉(zhuǎn)換目標(biāo)函數(shù)為,上下平移直線,數(shù)形結(jié)合可得當(dāng)直線過(guò)點(diǎn)時(shí),取最小值,此時(shí).故選:C.【規(guī)律方法】確定線性最優(yōu)解的思維過(guò)程:線性目標(biāo)函數(shù)(A,B不全為0)中,當(dāng)時(shí),,這樣線性目標(biāo)函數(shù)可看成斜率為,且隨變化的一組平行線,則把求的最大值和最小值的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為直線與可行域有公共點(diǎn),直線在軸上的截距的最大值最小值的問(wèn)題.因此只需先作出直線,再平行移動(dòng)這條直線,最先通過(guò)或最后通過(guò)的可行域的頂點(diǎn)就是最優(yōu)解.特別注意,當(dāng)B>0時(shí),的值隨著直線在y軸上的截距的增大而增大;當(dāng)B<0時(shí),的值隨著直線在y軸上的截距的增大而減小.通常情況可以利用可行域邊界直線的斜率來(lái)判斷.對(duì)于求整點(diǎn)最優(yōu)解,如果作圖非常準(zhǔn)確可用平移求解法,也可以取出目標(biāo)函數(shù)可能取得最值的可行域內(nèi)的所有整點(diǎn),依次代入目標(biāo)函數(shù)驗(yàn)證,從而選出最優(yōu)解,最優(yōu)解一般在可行域的定點(diǎn)處取得,若要求最優(yōu)整解,則必須滿足x,y均為整數(shù),一般在不是整解的最優(yōu)解的附近找出所有可能取得最值的整點(diǎn),然后將整點(diǎn)分別代入目標(biāo)函數(shù)驗(yàn)證選出最優(yōu)整解.對(duì)于非線性最優(yōu)解問(wèn)題,應(yīng)理解其幾何意義,結(jié)合平面幾何知識(shí)處理.【重點(diǎn)難點(diǎn)突破】考點(diǎn)1二元一次不等式(組)表示平面區(qū)域【典例3】(2021·河南高二期末(理))設(shè)關(guān)于,的不等式組表示的平面區(qū)城為,若,,中有且僅有兩個(gè)點(diǎn)在平面區(qū)域內(nèi),則實(shí)數(shù)的取值范圍是()A. B. C. D.【答案】B【解析】作出平面區(qū)域,通過(guò)直線過(guò)定點(diǎn)可得結(jié)論.【詳解】作出不等式組表示的平面區(qū)域,直線和是確定的,直線過(guò)定點(diǎn),再作三點(diǎn),如圖,要使得中有兩點(diǎn)在平面區(qū)域內(nèi),直線只能是圖中位置,平面區(qū)域?yàn)閳D中陰影部分,又,.由圖可知.故選:B【規(guī)律方法】1.二元一次不等式(組)表示平面區(qū)域的判斷方法直線定界,測(cè)試點(diǎn)定域.2.求平面區(qū)域的面積(1)首先畫出不等式組表示的平面區(qū)域,若不能直接畫出,應(yīng)利用題目的已知條件轉(zhuǎn)化為不等式組問(wèn)題,從而再作出平面區(qū)域;(2)對(duì)平面區(qū)域進(jìn)行分析,若為三角形應(yīng)確定底與高,若為規(guī)則的四邊形(如平行四邊形或梯形),可利用面積公式直接求解,若為不規(guī)則四邊形,可分割成幾個(gè)三角形分別求解再求和.【變式探究】(2021·陜西高二期末(文))不等式組,表示的平面區(qū)域的面積為()A.2 B.3 C.4 D.5【答案】B【解析】作出不等式組表示的平面區(qū)域即可求解.【詳解】作出不等式組表示的區(qū)域,如圖(陰影部分),由得,由得,由得,所以平面區(qū)域的面積為.
故選:B.考點(diǎn)2求目標(biāo)函數(shù)的最值【典例4】(2020·浙江高考真題)若實(shí)數(shù)x,y滿足約束條件,則z=x+2y的取值范圍是()A. B. C. D.【答案】B【解析】首先畫出可行域,然后結(jié)合目標(biāo)函數(shù)的幾何意義確定目標(biāo)函數(shù)在何處能夠取得最大值和最小值從而確定目標(biāo)函數(shù)的取值范圍即可.【詳解】繪制不等式組表示的平面區(qū)域如圖所示,目標(biāo)函數(shù)即:,其中z取得最大值時(shí),其幾何意義表示直線系在y軸上的截距最大,z取得最小值時(shí),其幾何意義表示直線系在y軸上的截距最小,據(jù)此結(jié)合目標(biāo)函數(shù)的幾何意義可知目標(biāo)函數(shù)在點(diǎn)A處取得最小值,聯(lián)立直線方程:,可得點(diǎn)A的坐標(biāo)為:,據(jù)此可知目標(biāo)函數(shù)的最小值為:且目標(biāo)函數(shù)沒(méi)有最大值.故目標(biāo)函數(shù)的取值范圍是.故選:B.【典例5】(2021·浙江高考真題)若實(shí)數(shù)x,y滿足約束條件,則的最小值是()A. B. C. D.【答案】B【解析】畫出滿足條件的可行域,目標(biāo)函數(shù)化為,求出過(guò)可行域點(diǎn),且斜率為的直線在軸上截距的最大值即可.【詳解】畫出滿足約束條件的可行域,如下圖所示:目標(biāo)函數(shù)化為,由,解得,設(shè),當(dāng)直線過(guò)點(diǎn)時(shí),取得最小值為.故選:B.【典例6】(2021·江蘇南京師大附中高一期末)已知的三邊為,滿足,,則的取值范圍為()A. B. C. D.【答案】C【解析】由題設(shè)條件,結(jié)合三角形中兩邊之和大于第三邊及題設(shè)中的不等式,,轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的線性規(guī)劃求解.【詳解】解:設(shè),,根據(jù)三角形的性質(zhì)兩邊之和大于第三邊及題設(shè)中的不等式,得,,則,作出平面區(qū)域如下所示:由解得,即,由解得,即,,即.故選:.【典例7】(2021·江西臨川一中高三其他模擬(理))若實(shí)數(shù),滿足,則的最小值為___________.【答案】10【解析】根據(jù)不等式組畫出平面區(qū)域,再根據(jù)的意義求最值即可.【詳解】作出不等式組所表示的平面區(qū)域如圖所示,則點(diǎn)到點(diǎn)的最小距離為點(diǎn)到直線的距離,即,所以的最小值為10.故答案為:10.【典例8】(2021·黑龍江鐵人中學(xué)高三一模(文))設(shè),滿足約束條件,則的最大值為______.【答案】3【解析】根據(jù)約束條件畫出可行域,再根據(jù)目標(biāo)函數(shù)的幾何意義求出最大值即可.【詳解】解析:根據(jù)題意畫出可行域如圖陰影部分所示,目標(biāo)函數(shù)中的幾何意義表示點(diǎn)與連線斜率,由圖可知,點(diǎn)與連線斜率最大,得最大值為3.故答案為:3【典例9】(2021·陜西西安市·西北工業(yè)大學(xué)附屬中學(xué)高三其他模擬(理))已知實(shí)數(shù)x,y滿足條件,則的最大值是()A.1 B. C. D.3【答案】C【解析】法一:設(shè)有,即當(dāng)與題設(shè)線性約束條件的所表示的可行域有唯一交點(diǎn)時(shí)取最大值;法二:根據(jù)約束條件不同區(qū)間所代表的線性邊界,結(jié)合目標(biāo)式構(gòu)造二次函數(shù)式,并求區(qū)間內(nèi)的值域,即可確定最大值;法三:利用基本不等式,得,根據(jù)線性約束條件即可確定最大值,注意等號(hào)成立的條件.【詳解】法一:設(shè),則且對(duì)稱中心為,要使值最大,與可行域有唯一交點(diǎn)即可,∴在上有可行域有唯一交點(diǎn),此時(shí)交點(diǎn)在邊界直線為時(shí)有,如下圖示,∴令,得,而的對(duì)稱軸為,∴僅當(dāng),即直線與曲線在上相切時(shí)值最大,∴,此時(shí),而在上與有交點(diǎn)時(shí),曲線與可行域交點(diǎn)個(gè)數(shù)不止一個(gè).在或內(nèi)與可行域有唯一交點(diǎn)則有,顯然此時(shí)值不可能最大,如下圖示,綜上,的最大值是.法二:當(dāng)時(shí),,即;當(dāng)時(shí),,即;當(dāng)時(shí),,即;當(dāng)時(shí),,即,∴最大值為.法三:由題設(shè)知:,又當(dāng)且僅當(dāng),即時(shí)等號(hào)成立.故選:C.【典例10】(浙江高考真題)若實(shí)數(shù)滿足,則的最小值是.【答案】.【解析】因?yàn)楸硎緢A及其內(nèi)部,易得直線與圓相離,所以,當(dāng)時(shí),,如圖所示,可行域?yàn)樾〉墓蝺?nèi)部,目標(biāo)函數(shù),則可知當(dāng)時(shí),;當(dāng)時(shí),,如圖所示,可行域?yàn)榇蟮墓蝺?nèi)部,目標(biāo)函數(shù),則可知當(dāng)時(shí),,綜上所述,的最小值是.【規(guī)律方法】線性規(guī)劃問(wèn)題中幾種常見形式有:①截距型:,將問(wèn)題轉(zhuǎn)化為在軸截距的問(wèn)題;②斜率型:,將問(wèn)題轉(zhuǎn)化為與連線斜率的問(wèn)題;③兩點(diǎn)間距離型:,將問(wèn)題轉(zhuǎn)化為與兩點(diǎn)間距離的平方的問(wèn)題;④點(diǎn)到直線距離型:,將問(wèn)題轉(zhuǎn)化為到直線的距離的倍的問(wèn)題.【變式探究】1.(廣東省韶關(guān)市2019屆高考模擬測(cè)試(4月))若,滿足約束條件,則的最大值為A. B. C.5 D.6【答案】C【解析】變量,滿足約束條件的可行域如圖中陰影部分所示:目標(biāo)函數(shù)是斜率等于1、縱截距為的直線,當(dāng)直線經(jīng)過(guò)可行域的點(diǎn)時(shí),縱截距取得最小值,則此時(shí)目標(biāo)函數(shù)取得最大值,由可得,目標(biāo)函數(shù)的最大值為:5故選:C.2.(2019年高考北京卷文)若x,y滿足則的最小值為__________,最大值為__________.【答案】;1【解析】根據(jù)題中所給約束條件作出可行域,如圖中陰影部分所示.設(shè),則,求出滿足在可行域范圍內(nèi)z的最大值、最小值即可,即在可行域內(nèi),當(dāng)直線的縱截距最大時(shí),z有最大值,當(dāng)直線的縱截距最小時(shí),z有最小值.由圖可知,當(dāng)直線過(guò)點(diǎn)A時(shí),z有最大值,聯(lián)立,可得,即,所以;當(dāng)直線過(guò)點(diǎn)時(shí),z有最小值,所以.3.已知x,y滿足條件x≥0,y≥x,3x+4y≤12,則x+2y+3x+1【答案】3,9【解析】作出可行域:∵設(shè)z=x+2y+3x+1=1+2y+1x+1,S表示動(dòng)點(diǎn)Px,y當(dāng)點(diǎn)P在B0,0時(shí),s最小,即z的最小值為當(dāng)點(diǎn)P在A0,3時(shí),s最大,即z的最大值為故答案為:[3,9].4.(2021·黑龍江哈九中高三三模(理))已知滿足約束條件,則的最大值為___________.【答案】【解析】由題意畫出可行域,表示可行域中的點(diǎn)到原點(diǎn)的距離,由圖可知點(diǎn)B到原點(diǎn)的距離最大,求出點(diǎn)B的坐標(biāo)代入可得結(jié)果【詳解】解:滿足約束條件所表示的可行域如圖所示,表示可行域中的點(diǎn)到原點(diǎn)的距離,由圖可知點(diǎn)B到原點(diǎn)的距離最大,由,解得,即,所以的最大值為,故答案為:考點(diǎn)3線性規(guī)劃的實(shí)際應(yīng)用【典例11】(2021·江蘇高考真題)某廣告公司接到幸福社區(qū)制作疫情防控宣傳標(biāo)牌的任務(wù),要制作文字標(biāo)牌4個(gè),繪畫標(biāo)牌5個(gè),該公司現(xiàn)有兩種規(guī)格的原料,甲種規(guī)格原料每張3m2,可做文字標(biāo)牌1個(gè)和繪畫標(biāo)牌2個(gè);乙種規(guī)格原料每張2m2,可做文字標(biāo)牌2個(gè)和繪畫標(biāo)牌1個(gè).問(wèn)兩種規(guī)格的原料各用多少?gòu)垥r(shí),才能使總的用料面積最小?并求最小用料面積.【答案】甲2塊,乙1塊,8m2.【解析】設(shè)需要甲種原料張,乙種原料張,則所用原料的總面積,由題意列出關(guān)于,的不等式組,作出可行域,化目標(biāo)函數(shù)為直線方程的斜截式,數(shù)形結(jié)合得到最優(yōu)解,把最優(yōu)解的坐標(biāo)代入目標(biāo)函數(shù)得答案.【詳解】設(shè)需要甲種原料張,乙種原料張,則,所用原料的總面積.由約束條件作出可行域如圖,聯(lián)立,解得,,即,由,得,由圖可知,當(dāng)直線過(guò)時(shí),取得最小值為.故需要甲種原料2張,乙種原料1張,才能使總的用料面積最小,為m2.【規(guī)律方法】解線性規(guī)劃應(yīng)用問(wèn)題的一般步驟(1)審題:仔細(xì)閱讀材料,抓住關(guān)鍵,準(zhǔn)確理解題意,明確有哪些限制條件,借助表格或圖形理清變量之間的關(guān)系.(2)設(shè)元:設(shè)問(wèn)題中起關(guān)鍵作用(或關(guān)聯(lián)較多)的量為未知量x,y,并列出相應(yīng)的不等式組和目標(biāo)函數(shù).(3)作圖:準(zhǔn)確作出可行域,平移找點(diǎn)(最優(yōu)解).(4)求解:代入目標(biāo)函數(shù)求解(最大值或最小值).(5)檢驗(yàn):根據(jù)結(jié)果,檢驗(yàn)反饋.【變式探究】(2021·湖南高三其他模擬)某公司計(jì)劃2021年在甲?乙兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上投放總時(shí)間不超過(guò)300天的廣告,廣告總費(fèi)用不超過(guò)90萬(wàn)元,已知甲?乙兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的廣告收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)分別為5000元/天和2000元/天,廣告每天能給公司帶來(lái)的收益分別為3萬(wàn)元和2萬(wàn)元該公司如何分配在甲?乙兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上的廣告時(shí)間,才能使公司的收益最大?最大收益是多少萬(wàn)元?【答案】該公司分配在甲、乙兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上的廣告時(shí)間為天、天時(shí),公司獲得最大收益為萬(wàn)元.【解析】設(shè)分配在甲、乙兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上的廣告時(shí)間為天,公司的收益為萬(wàn)元,由題意列不等式組以及目標(biāo)函數(shù),作出可行域,利用線性規(guī)劃知識(shí)求解判斷最大值.【詳解】設(shè)分配在甲、乙兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上的廣告時(shí)間為天,公司的收益為萬(wàn)元,由題意列式得,目標(biāo)函數(shù),作出不等式表示的可行域如圖所示,當(dāng)目標(biāo)函數(shù)過(guò)點(diǎn)A時(shí),取得最大值,則,解得,所以,萬(wàn)元,故該公司分配在甲、乙兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上的廣告時(shí)間為天、天時(shí),公司獲得最大收益為萬(wàn)元.考點(diǎn)4線性規(guī)劃中含參數(shù)問(wèn)題【典例12】(2021·浙江省杭州第二中學(xué)高三其他模擬)已知實(shí)數(shù)滿足,則的最大值是_________;若不等式恒成立,則實(shí)數(shù)的取值范圍是_________.【答案】4【解析】作出可行域,的幾何意義為可行域內(nèi)的的點(diǎn)與點(diǎn)連線的斜率,轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)的直線,找到斜率的最大值計(jì)算即可;恒成立,分類討論和兩種情況,得出結(jié)果求并集.【詳解】解:由約束條件作出可行域如圖:表示可行域內(nèi)的的點(diǎn)與點(diǎn)連線的斜率,則斜率的最大值為與點(diǎn)連線的斜率,即,故的最大值為4;設(shè)直線:,則直線過(guò)定點(diǎn),所以時(shí),恒成立;當(dāng)時(shí),若恒成立,只需斜率,即.則恒成立的的范圍為.故答案為:4;.【規(guī)律方法】1.求解線性規(guī)劃中含參問(wèn)題的兩種基本方法(1)把參數(shù)當(dāng)成常數(shù)用,根據(jù)線性規(guī)劃問(wèn)題的求解方法求出最優(yōu)解,代入目標(biāo)函數(shù)確定最值,通過(guò)構(gòu)造方程或不等式求解參數(shù)的值或范圍;(2)先分離含有參數(shù)的式子,通過(guò)觀察的方法確定含參的式子所滿足的條件,確定最優(yōu)解的位置,從而求出參數(shù).2.求解線性規(guī)劃應(yīng)用題的三個(gè)注意點(diǎn)(1)明確問(wèn)題中的所有約束條件,并根據(jù)題意判斷約束條件是否能夠取到等號(hào).(2)注意結(jié)合實(shí)際問(wèn)題的實(shí)際意義,判斷所設(shè)未知數(shù)x,y的取值范圍,特別注意分析x,y是否為整數(shù)、是否為非負(fù)數(shù)等.(3)正確地寫出目標(biāo)函數(shù),一般地,目標(biāo)函數(shù)是等式的形式.【變式探究】(2018湖北浠水實(shí)驗(yàn)高級(jí)中模擬)設(shè)x,y滿足不等式組x+y-6≤02x-y-1≤3x-y-2≥0,若z=ax+y的最大值為2a+4,最小值為a+1,則實(shí)數(shù)a的取值范圍為【答案】[-2,1]【解析】由z=ax+y得y=-ax+z,直線y=-ax+z是斜率為?a,y軸上的截距為z的直線,作出不等式組對(duì)應(yīng)的平面區(qū)域如圖:則A(1,1),B(2,4),∵z=ax+y的最大值為2a+4,最小值為a+1,∴直線z=ax+y過(guò)點(diǎn)B時(shí),取得最大值為2a+4,經(jīng)過(guò)點(diǎn)A時(shí)取得最小值為a+1,若a=0,則y=z,此時(shí)滿足條件,若a>0,則目標(biāo)函數(shù)斜率k=-a<0,要使目標(biāo)函數(shù)在A處取得最小值,在B處取得最大值,則目標(biāo)函
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