高中數(shù)學(xué)三角函數(shù)經(jīng)典例題及詳解_第1頁
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文檔簡介

1、高中數(shù)學(xué)三角函數(shù)專題復(fù)習(xí)考試要求三角函數(shù)是一類最典型的周期函數(shù)。本單元的學(xué)習(xí),可以幫助學(xué)生在用銳角三角函數(shù)刻畫直角三角形中邊角關(guān)系的基礎(chǔ)上,借助單位圓建立一般三角函數(shù)的概念,體會引入弧度制的必要性;用幾何直觀和代數(shù)運(yùn)算的方法研究三角函數(shù)的周期性、奇偶性(對稱性)、單調(diào)性和最大(小)值等性質(zhì);探索和研究三角函數(shù)之間的一些恒等關(guān)系;利用三角函數(shù)構(gòu)建數(shù)學(xué)模型,解決實(shí)際問題。內(nèi)容包括:角與弧度、三角函數(shù)概念和性質(zhì)、同角三角函數(shù)的基本關(guān)系式、三角恒等變換、三角函數(shù)應(yīng)用。(1) 角與弧度了解任意角的概念和弧度制,能進(jìn)行弧度與角度的互化,體會引入弧度制的必要性。(2) 三角函數(shù)概念和性質(zhì)借助單位圓理解任意角

2、三角函數(shù)(正弦、余弦、正切)的定義,能畫出這些三角函數(shù)的圖象,了解三角函數(shù)的周期性、奇偶性、最大(?。┲?。借助單位圓的對稱性,利用p定義推導(dǎo)出誘導(dǎo)公式( 2 , 的正弦、余弦、正切)。第21頁共21頁借助圖象理解正弦函數(shù)在、余弦函數(shù)0,2 p 上、正切函數(shù)在(-pp,) 上的性質(zhì)。22結(jié)合具體實(shí)例,了解 y = A sin(wx +j) 的實(shí)際意義;能借助圖象理解參數(shù),A的意義,了解參數(shù)的變化對函數(shù)圖象的影響。(3) 同角三角函數(shù)的基本關(guān)系式理解同角三角函數(shù)的基本關(guān)系式sin2(4) 三角恒等變換x + cos2x = 1,sin x cos x= tan x 。經(jīng)歷推導(dǎo)兩角差余弦公式的過程,

3、知道兩角差余弦公式的意義。能從兩角差的余弦公式推導(dǎo)出兩角和與差的正弦、余弦、正切公式,二倍角的正弦、余弦、正切公式,了解它們的內(nèi)在聯(lián)系。能運(yùn)用上述公式進(jìn)行簡單的恒等變換(包括推導(dǎo)出積化和差、和差化積、半角公式,這三組公式不要求記憶)。(5) 三角函數(shù)應(yīng)用會用三角函數(shù)解決簡單的實(shí)際問題,體會可以利用三角函數(shù)構(gòu)建刻畫事物周期變化的數(shù)學(xué)模型經(jīng)典題 型一、求值化簡型這類問題常常用到的公式包括三角函數(shù)定義、同角三角函數(shù)關(guān)系式、誘導(dǎo)公式、和差倍公式、降冪公式、輔助角公式1、公式運(yùn)用【例】( 1 ) 已知 tan =3, 求:2 sin 2 a +cos 2 a 的值。134( 2 ) 已 知 tan +s

4、in =m, tan -sin =n ( a kp , k Z ) , 2求證: cosa =m - n.m + n2 sin 21a = - 1 (1 - 2sin 2 a) + 1 + 1 (2 cos2 a -1) + 1 = - 1 cos 2a + 1 cos 2a + 113433883824a +cos2(1)解: 2 sin 2 a + 1 cos2 a = - 1 (1 - 2sin 2 a) + 1 + 1 (2 cos2 a -1) + 1 = - 1 cos 2a + 1 cos 2a + 11 3433883824sin 2a) + 1 + 1 (2 cos 2a -

5、1) + 1 = - 1 cos 2a + 1 cos 2a + 11= - 5 cos2 a - sin 2 a + 11 =- 5 1co-st2aan 2-asi+n 21a1=+ 511 =388382424 cos2 a + sin 2 a2424 1co+st2aan 2+asin 22a4824(2)證明:兩式相加,得tana = m + n = sina2cosa兩式相減,得sina =m - n2所 以 cosa =【舉一反三】p2sina = m - n m + nm + np1pp【練】已知sin(4+ 2a) sin(4- 2a) =,a (,), 求2 sin 2 a

6、 + tana - cota - 1 的值.442解:由sin(p + 2a) sin(p - 2a) = sin(p + 2a) cos(p+ 2a)44441p=sin(+ 4a) =1 cos 4a = 1 ,2224得cos 4a =1 .又a (p , p ), 所以a = 5p .24212sin 2 a - cos2 a- 2 cos 2a于是2sin 2 a + tana - cota -1 = -cos 2a +sina cosa= -cos 2a +sin 2a3= -(cos 2a + 2 cot 2a) = -(cos 5p + 2 cot 5p ) = -(- 23)

7、 = 53.6622【練】如圖,在直角坐標(biāo)系 xOy 中,角a 的頂點(diǎn)是原點(diǎn),始邊與 x 軸正半軸重合,終邊交單位圓于點(diǎn) A ,且a ( p , p) 將角a 的終邊按逆時針方向旋轉(zhuǎn)p ,交單位圓于點(diǎn)B 記623A(x , y11), B(x , y ) 22()若 x1= 1 ,求 x;32()分別過 A, B 作 x 軸的垂線,垂足依次為C, D 記 AOC的面積為 S1, BOD 的面積為 S2若 S1= 2S2,求角a 的值()解:由三角函數(shù)定義,得 x1= cosa , x2= cos(a + p) 3a (p p因?yàn)?) , 62cosa = 1 ,31- cos2 a22所 以

8、sina =3所以x= cos(a + p) =1 cosa -sina =31- 2623226()解:依題意得y1= sina , y2= sin(a + p)3所 以 S= 1 x y= 1 cosa sina =1 sin 2a ,12 1 124S= 1 | x | y222= 1 -cos(a + p)sin(a + p) = - 1 sin(2a + 2p) 223343依題意得 sin 2a = -2sin(2a + 2p),3整理得 cos2a = 0 因?yàn)閜 a p, 所 以p 2a 0 )的最小正周期為 2 ()求w 的值;2 ()求函數(shù) f (x) 在區(qū)間0, 上的取值

9、范圍3 33解:() f (x) = 1- cos 2wx +sin 2wx =sin 2wx - 1 cos 2wx + 122222= w 1sin 2x - 6 + 2 解 : (I)f (x) =3 sin x - 1 cos x + 1 cos x +3 sin x =22223 sin x f (a) =3 sina = 353 . sina = 3 ,a (0, p ) cosa = 4 ,且g(a) = 2sin2 a = 1- cosa = 152525(II) f (x) g(x) 3 sin x 1- cos x 3 sin x + 1 cos x = sin(x + p

10、 ) 12262 x + p 2kp + p ,2kp + 5p x 2kp,2kp + 2p , k Z6663因?yàn)楹瘮?shù) f (x) 的最小正周期為 ,且w 0 ,所以 2 = ,解得w = 12w()由()得 f (x) = sin 2x - + 1 62因?yàn)? x 2 ,3所以- 2x - 7 ,666- 1 所以2sin 2x - 6 1,0 1 33 因此sin 2x - 6 + 22 ,即f (x) 的取值范圍為0, 2 【舉一反三】【練】已知函數(shù) f (x) = cos(2x - p ) + 2sin( x - p )sin( x + p )344()求函數(shù) f (x) 的最小正

11、周期和圖象的對稱軸方程()求函數(shù) f (x) 在區(qū)間-pp, 上的值域122ppp解:(1)f (x) = cos(2x -) + 2sin( x -)sin( x +)3443= 1 cos 2x +sin 2x + (sin x - cos x)(sin x + cos x) 223= 1 cos 2x +sin 2x + sin 2 x - cos2 x223= 1 cos 2x +sin 2x - cos 2x 22= sin(2 x - p )6周期T =2p = p2由2x -p = kp6+ p (k Z ), 得x = 2kp + p (k Z ) 23 函數(shù)圖象的對稱軸方程為

12、 x = kp + ppx -123(k Z )ppp5p(2)因?yàn)?f (x) = sin(2 x -所以當(dāng) x =, 2x -, 2636ppppp) 在區(qū)間-, 上單調(diào)遞增,在區(qū)間, 上單調(diào)遞減, 612332p時, f (x) 取最大值 1333pp1p又f (-) = - f () =,當(dāng) x = -時, f (x) 取最小值-12222122所 以 函數(shù)f (x) 在區(qū)間-pp, 上的值域?yàn)?13-1222二次函數(shù)型【例】求函數(shù) y = 7 - 4sin x cos x + 4cos 2x - 4cos 4x 的最大值與最小值?!窘狻浚?y = 7 - 4sin x cos x +

13、 4cos 2 x - 4cos 4 x()= 7 - 2sin 2x + 4cos 2 x 1- cos2 x= 7 - 2sin 2x + 4cos 2 x sin 2 x= 7 - 2sin 2x + sin 2 2x= (1 - sin 2x )2 + 6由于函數(shù) z = (u -1)2 + 6 在-1,1中的最大值為 z= (-1-1)2 + 6 = 10max最小值為 z= (1-1)2 + 6 = 6min故當(dāng)sin 2x = -1時 y 取得最大值10 ,當(dāng)sin 2x =1 時 y 取得最小值62、求單調(diào)區(qū)間【例】已知函數(shù) f(x) 3x.sin(1) 求 f(x)的單調(diào)遞增

14、區(qū)間;(2) 若 是第二象限角,f4 4cos 2,求 cos sin 的值 3 5cos 4 解:(1)因?yàn)楹瘮?shù) ysin x 的單調(diào)遞增區(qū)間為2k 2k,kZ,2 由 2 2k3x 4 2 2k,kZ, 2k 2k, 2 得 4 3x12 3,kZ.所以,函數(shù) f(x)的單調(diào)遞增區(qū)間為 2k 2k,kZ. 4 3,12 34(2)由已知,得 sin 4 5cos 4 (cos2sin2),所以 sin cos 4cos sin (cos2 sin2 ),cos 4 sin 4 5cos 4sin 4 即 sin cos 4(cos sin )2(sin cos )5當(dāng) sin cos 0

15、時,由 是第二象限角,3得 4 2k,kZ,此時,cos sin 2.當(dāng) sin cos 0 時,(cos sin )2542 .由 是第二象限角,得 cos sin 0,此時 cos sin 52 .綜上所述,cos sin 2或 5【舉一反三】【練】已知函數(shù) f(x)3 sin(wx + j) - cos(wx + j)(0 j 0) 為偶函數(shù),且函數(shù)yf(x)圖象的兩相鄰對稱軸間的距離為 .2()求f( 8 )的值;()將函數(shù) yf(x)的圖象向右平移 6 個單位后,再將得到的圖象上各點(diǎn)的橫坐標(biāo)舒暢長到原來的 4 倍,縱坐標(biāo)不變,得到函數(shù)yg(x)的圖象,求g(x)的單調(diào)遞減區(qū)間. 解:

16、()f(x)3 sin(wx + j) - cos(wx + j)3 2sin(wx + j) - 1 cos(wx + j) 222sin(wx + j - )6因?yàn)閒(x)為偶函數(shù),所以對 xR,f(-x)=f(x)恒成立,因此sin(-wx + j - )sin(wx + j - ).66即-sinwx cos(j - )+coswx sin(j - )=sinwx cos(j - )+coswx sin(j - ),6666整理得sinwx cos(j - )=0.因?yàn)閣 0,且xR,所以cos(j - )0.66又因?yàn)?j ,故j - .所以f(x)2sin(wx + )=2cosw

17、x .2p由題意得w= 2 p2622,所以w2.故f(x)=2cos2x.pp因?yàn)閒 () = 2 cos84=2.pp()將 f(x)的圖象向右平移個 6個單位后,得到 f (x -6 ) 的圖象,再將所得圖象橫坐標(biāo)p伸長到原來的 4 倍,縱坐標(biāo)不變,得到 f (- p ) 的圖象.p所以g(x) = f (- p ) =46p - p )= 2 cos f (p- p ).462 cos2( 46 23p當(dāng)2k2- p 2 k+ (kZ),3即4k2p8px4k+(kZ)時,g(x)單調(diào)遞減.33因此g(x)的單調(diào)遞減區(qū)間為4kp + 2p ,4kp + 8p 33 (kZ)3、圖像型【

18、例】已知函數(shù) f (x) = Asin(x +j)( A 0,0 j ) , x R 的最大值是 1,其圖像經(jīng)過 1 點(diǎn) M , 32 (1)求 f (x) 的解析式;(2)已知a,b ,且 f (a ) =3 , f (b ) = 12 ,求 f (a - b) 的值 0, 2 513p1pj1【解】(1)依題意有 A = 1,則 f (x) = sin(x +j ) ,將點(diǎn) M (,) 代入得sin(+) =,3232p而0 j 0 )的最小值正周期是p2 ()求w 的值;()求函數(shù) f (x) 的最大值,并且求使 f (x) 取得最大值的 x 的集合解 : ()f (x)= 2 1 +

19、cos 2wx + sin 2wx + 12= sin 2wx + cos 2wx + 2=wp + cos 2wx sin p + 22sin 2x cos44 = wp 2sin 2x + + 24 由題設(shè),函數(shù) f (x)的最小正周期是p ,可得 2p = p ,所以w = 2 22w2()由()知, f (x)=p 2+sin 4x2 ppp4 kp ()p 當(dāng)4x +=+ 2kp ,即x =+k Z時,sin 4x + 取得最大值 1,所以函數(shù)421624 f (x)的最大值是2 +,此時 x 的集合為x | x =p + kp, k Z 2162【練】已知函數(shù) f (t) =1-

20、t , g(x) = cos x f (sin x) + sin x f (cos x), x (p, 17p ).1+ t12()將函數(shù) g(x) 化簡成 Asin(wx +j) + B ( A 0 , w 0 ,j 0,2p) )的形式;1+ sin x1- sin x + sin x1- cos x1+ cos x()求函數(shù) g(x) 的值域. 解:() g(x) = cos x(1- sin x)2 + sin x(1- cos x)2 cos2 xsin2 x= cos x1- sin x + sin x 1- cos x .cos xsin x= cos xx p, 17p , c

21、os x = - cos x, sin x = -sin x,12 1- sin x + sin x 1- cos x-cos x-sin x g(x) = cos x= sin x + cos x - 22sin x +p - 2.4 ()由px 17p,得 5px + p 5p .12443sin t 在 5p , 3p 上為減函數(shù),在 3p , 5p 上為增函數(shù),又sin 42 23 5psin 5p ,3ppsin sin(x +)5p17p3424sin(當(dāng) x p,42 ),22即-1 sin( x + p)-2 ,- 2 sin( x + p) - 2- 3,424故 g(x)的

22、值域?yàn)? 2, - )23 .xxx3【練】已知函數(shù) f (x) = 2sincos- 23 sin2+444()求函數(shù) f (x) 的最小正周期及最值;()令 g(x) = f x + ,判斷函數(shù) g(x) 的奇偶性,并說明理由3 xxxx x 解:()f (x) = sin+3(1- 2sin 2) = sin+3 cos 2422= 2sin +23 f (x) 的最小正周期T = 2 = 4 12當(dāng)sin x + = -1時, f (x) 取得最小值-2 ;當(dāng)sin x + = 1 時, f (x) 取得最大值 2 23 23 ()由()知 f (x) = 2sin x + 又 g(x

23、) = f x + 23 3 g(x) = 2sin 1 x + = 2sin x + = 2cos x 2 3 3 22 2+g(-x) = 2cos - x = 2cos x = g (x) 22函數(shù) g(x) 是偶函數(shù)三、解三角形型1、求基本元素【例】在ABC 中, cos B = - 5 , cos C = 4 135()求sin A 的值;()設(shè)ABC 的面積S ABC= 33 ,求 BC 的長2. 解:()由cos B = -5 ,得sin B = 12 ,1313由cos C = 4 ,得sin C = 3 55所以sin A = sin(B + C) = sin B cos C

24、 + cos B sin C = 33 65()由S= 33 得 1 AB AC sin A = 33 , ABC由()知sin A =22233,65故 AB AC = 65 ,AC =AB sin B =20 AB ,又sin C132013故AB2 = 65 , AB =132BC =AB sin A= 11 所以3舉一反三sin C2【練】在DABC中,角A, B, C所對應(yīng)的邊分別為a, b, c,a = 2,tanA + B + tan C22= 4,2sin B cosC = sin A,求 A, B 及b, ctanA + B + tan CC= 4 得cotC+ tan= 4

25、解:由2222CCcos2 +sin2 =1= 4CCsincos224CCsincos221p5p sin C =,又C (0,p ) C =,或C =266由2sin B cosC = sin A得 2sin B cos B = sin(B + C) 即sin(B - C) = 0 B = C , B = C = p6A = p - (B + C) = 2p3231abcsin B=得b = c = a= 23 = 2由正弦定理sin Asin Bsin Csin A22、求范圍均值定理型【例】設(shè)ABC 的內(nèi)角 A,B,C 所對的邊長分別為a,b,c ,且a cos B - b cos A

26、 =()求tan Acot B 的值;()求tan( A - B) 的最大值3 c 5解析:()在ABC 中,由正弦定理及a cos B - b cos A = 3 c5可得sin A cos B - sin B cos A = 3 sin C = 3 sin( A + B) = 3 sin Acos B + 3 cos Asin B5555即sin Acos B = 4cos Asin B ,則tan Acot B = 4 ;()由tan Acot B = 4 得tan A = 4tan B 0tan( A - B) =tan A - tan B =3tan B=3 31+ tan A ta

27、n B1+ 4 tan2 Bcot B + 4 tan B4當(dāng)且僅當(dāng)4 tan B = cot B, tan B =1 , tan A = 2 時,等號成立,2故當(dāng)tan A = 2, tan B = 1 時, tan( A - B) 的最大值為 3 .24【舉一反三】【練】 ABC 的內(nèi)角 A,B,C 所對的邊分別為 a,b,c.(1) 若 a,b,c 成等差數(shù)列,證明:sin Asin C2sin(AC);(2) 若 a,b,c 成等比數(shù)列,求 cos B 的最小值 16解:(1)a,b,c 成等差數(shù)列,ac2b. 由正弦定理得 sin Asin C2sin B.sin Bsin(AC)s

28、in(AC),sin Asin C2sin(AC)(2)a,b,c 成等比數(shù)列,b2ac.a2c2b2a2c2ac2acac1由余弦定理得cos B2ac2ac 2ac2,當(dāng)且僅當(dāng)ac 時等號成立,cos B1.的最小值為2二次函數(shù)型【例】在ABC 中,角 A,B,C 所對的邊分別為 a,b,c,已知 cosC+(conA-3sinA)cosB=0.(1) 求角 B 的大小;(2) 若 a+c=1,求 b 的取值范圍。解:(1)由已知得- cos( A + B) + cos A cos B -3 sin A cos B = 0即有sin A sin B -3 sin A cos B = 03因

29、為sin A 0 ,所以sin B -3 cos B = 0 ,又cos B 0 ,所以tan B =,p又0 B p ,所以 B =.3(2)由余弦定理,有b2 = a2 + c2 - 2ac cos B .因?yàn)閍 + c = 1,cos B =11,有b22= 3(a -11)2 + 1 .24又0 a 1,于是有43.求面積 b2 1 ,即有2 b 1.p【例】在ABC 中,內(nèi)角 A,B,C 對邊的邊長分別是a,b,c ,已知c = 2 , C =33()若ABC 的面積等于,求a,b ;()若sin C + sin(B - A) = 2sin 2 A ,求ABC 的面積3解:()由余弦

30、定理及已知條件得, a2 + b2 - ab = 4 ,又因?yàn)锳BC 的面積等于,所以 1 ab sin C =32,得ab = 4 a2 + b2 - ab = 4,聯(lián)立方程組ab = 4,解得a = 2 , b = 2 ()由題意得sin(B + A) + sin(B - A) = 4sin A cos A , 即sin B cos A = 2sin Acos A ,當(dāng)cos A = 0 時, A =p , B =2p , a =6, b =,432333當(dāng)cos A 0 時,得sin B = 2sin A ,由正弦定理得b = 2a ,2343a2 + b2 - ab = 4,聯(lián)立方程組

31、b = 2a,解得a =, b =3323所以ABC 的面積 S = 1 ab sin C =23四、與向量結(jié)合型【例】已知向量 m=(sinA,cosA),n= (3, -1),mn1,且 A 為銳角.()求角 A 的大??;()求函數(shù) f (x) = cos 2x + 4cos Asin x(x R) 的值域.解:()由題意得m n =3 sin A - cos A = 1,pp12sin( A -) = 1,sin( A -) =.662ppp由 A 為銳角得 A -=, A =.663()由()知cos A = 1 ,213所以 f (x) = cos 2x + 2sin x = 1-

32、2sin 2x + 2sin s = -2(sin x -)2 +.22因?yàn)閤R,所以sin x -1,1,因此,當(dāng)sin x = 1 時,f(x)有最大值 3 .22當(dāng) sinx=-1 時,f(x)有最小值-3,所以所求函數(shù)f(x)的值域是-3, 3 .2 【舉一反三】【練】已知向量a = (cos x, - 1 ), b = (3sin x,cos2 x), x R , 設(shè)函數(shù) f (x) = ab .2() 求 f (x)的最小正周期.() 求 f (x) 在0, p 上的最大值和最小值.2 解:()f (x)= ab = cos x 3 sin x - 1 cos 2x =sin 2x

33、 - 1 cos 2x = sin(2x - p ) .322262p最小正周期T = p .2p所以 f (x) = sin(2x -6), 最小正周期為p .()ppp5pp5p當(dāng)x 0,時,(2x -) -,,由標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)y = sin x在-,上的圖像知,.266666ppp1f (x) = sin(2x -) f (-), f () = -,1 .6622所以,f (x) 在0, p 上的最大值和最小值分別為1,- 1 .2 2【舉一反三】【練】平面直角坐標(biāo)系有點(diǎn)P(1, cos x) , Q(cos x,1) , x - p , p 44()求向量OP 和OQ 的夾角q 的余弦用 x

34、 表示的函數(shù) f ( x);()求cosq 的最值.OPOQ解 :() OP OQ = 2cos x= 1 + cos2 xOP OQcosq = OP OQ=2 cos x= f (x) 1 + cos2 x() cosq = f (x) =2 cos x=1 + cos2 x2cos x +132cos xpp 21且 x -,44 cos x 2,12 cos x +cos x2223223 f (x) 1即 cosq 1223所以cos q 的最大值為 1,最小值為a + b = c ,求a, b【練】已知a(cosa,sin a ),b = (cos b,sin b) , 0 b a

35、 p . (1)若| a - b |=2 ,求證: a b ;(2)設(shè)c = (0,1),若的值.2【答案】解:(1)| a - b |=()| a - b |2= 2即 a - b 2 = a 2 - 2ab + b2= 2 ,又 a 2=| a |2 = cos2 a + sin 2 a = 1, b2=| b |2 = cos2 b + sin 2 b = 1 2 - 2ab = 2 ab = 0 a b(2) a + b = (cosa + cosb,sina + sin b) = (0,1)cosa + cos b = 0cosa = -cos b sina + sin b = 1即

36、sina = 1 - sin b兩邊分別平方再相加得:1 = 2 - 2 sin b sin b = 12 sina = 12 0 b a pa = 5 p, b = 1 p66【例】在DABC 中, BAC = 120 , AB = AC = 2 .C()求 AB BC 的值;()設(shè)動點(diǎn) P 在以 A 為圓心, AB 為半徑的劣弧 BC 上運(yùn)動,求 BP CPAB AC = 2的最小值.AB解:()由已知2 cos120 = -2 .AB BC = AB ( AC - AB)AB AC - AB 2=y= -2 - 4 = -6C()建立如圖所示的直角坐標(biāo)系,則 A(0,0) ,PB(2,0) ,因?yàn)锽AC = 120 , AC = 2 ,根據(jù)三x角函數(shù)定義, C(-1,3) ,AB點(diǎn) P 在以 A 為圓心, AB 為半徑的劣弧 BC 上運(yùn)動,可設(shè) P(2cos a,2sin a) ,其中a 0, 2p .3BP CP = (2cos a - 2, 2sin a) (2cos a +1,2sin a -3)= 4cos 2 a - 2cos a - 2 + 4sin 2 a - 23 sina= -2cos a - 23 sina + 2= -4sin(a + p) + 2 .6a 2papp 5pap1因?yàn)?, ,所以+,, sin(+) ,1,當(dāng)

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