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文檔簡介
高等數(shù)學(xué)(下冊)試題及詳細(xì)答案(精講版)
一、單項選擇題(本大題共5小題,每小題3分,共15分)
1.向量a={后,1,1}與y軸的夾角"為()
A.-B.-
64
C.-D.-
32
【答案】C
【解析】本題考查了向量與坐標(biāo)軸的夾角。cosP=-11--,所以夕=上71。
-2
【提醒】本題還可以轉(zhuǎn)化為求兩向量a={VI1,1}與{0,1,0}之間的夾角。
【點評】本題涉及內(nèi)容是空間解析幾何中的重點,考試熱度:☆☆☆;大部分出現(xiàn)在選擇
題或填空題中。
2.函數(shù)/(尤,y)=Jf+y2在點(0,0)處()
A.連續(xù)B.間斷
C,可微D.偏導(dǎo)數(shù)存在
【答案】A.
【解析】本題考查了二元函數(shù)的連續(xù)、偏導(dǎo)數(shù)與可微等概念。點(0,0)在初等函數(shù)
f(x,y)=Jf+y2的定義域內(nèi),故它在點(0,o)處連續(xù)。由于
£(。,。)=1而〃°+一,°)—〃°,°)=1而色
'7。Ax-Ax
不存在,所以函數(shù)在(0,0)處偏導(dǎo)數(shù)不存在,從而在該點一定不可微。故本題選A。
【提醒】記住以下結(jié)論:(1)二元初等函數(shù)在其定義域內(nèi)的每一點都連續(xù)。(2)可微必定
連續(xù)且偏導(dǎo)數(shù)存在,連續(xù)未必偏導(dǎo)數(shù)存在,偏導(dǎo)數(shù)存在也未必連續(xù),連續(xù)未必可微,偏導(dǎo)
數(shù)存在也未必可微,偏導(dǎo)不存在一定不可微,偏導(dǎo)數(shù)連續(xù)是可微的充分不必要條件。
【點評】本題涉及內(nèi)容是多元函數(shù)微分學(xué)中的難點,考試熱度:☆☆☆;大部分出現(xiàn)在選
擇題中。
3.設(shè)函數(shù)尸Cr,y),Q(x,y)具有連續(xù)的偏導(dǎo)數(shù),且P(x,y)dx+Q(尤,y)dy是某函數(shù)"(尤,y)
的全微分,則()
絲
A.2=絲-
dydx5y
絲
cdP=_dQ?-
dydx
【答案】A.
【解析】本題考查了二元函數(shù)的全微分求積定理:設(shè)開區(qū)域G是一單連通域,函數(shù)尸(x,y),
Q(x,y)在G內(nèi)具有一階連續(xù)偏導(dǎo)數(shù),則尸(無,y)〃x+Q(x,y)辦是某函數(shù)a(x,y)的全微分
的充要條件是空=絲在G內(nèi)恒成立。故本題選A。
dydx
【提醒】右尸行,y)dx+Q(x,y)dy=du(x,y),則稱P(x,y)辦+Q(尤,y)dy=O為全微分方
程。顯然,這時該方程通解為u(x,y)=C(C是任意常數(shù))。
【點評】本題涉及內(nèi)容是求解全微分方程的基礎(chǔ),大部分出現(xiàn)在選擇、填空題中??荚嚐?/p>
度:☆☆☆☆;
【歷年考題鏈接】(2007,7)3.設(shè)函數(shù)/(x,y)具有連續(xù)的偏導(dǎo)數(shù),且;■(x,y)Mc+/(x,y)My
是某個函數(shù)"(x,y)的全微分,則/(x,y)滿足()
更
更
理
y--o
5T&②&-辦
A.c=0
更
更
X5T&sf¥-OX+-O
--&冷-
答案:Co
4.下列方程中,是一階線性非齊次微分方程的是)
A.ydy=(x+y)dxB.xdy=(y?+y)dx
@=靖+3
C.--xcosy=9D.
dxdx
【答案】Bo
【解析】本題考查了一階線性非齊次微分方程的概念。所有能化為
立+P(x)y=Q(x)(Q(x)不恒為零)的方程就是一階線性非齊次微分方程。本題中的四個
dx
方程,只有選項B中的方程能化為電-Ly=x,故選B。
dxx
【提醒】若方程中出現(xiàn)了y,y'的非線性函數(shù)(如本題選項C,D中出現(xiàn)的cos%V),則
此方程就不是線性方程。另外,一定要掌握此類方程的求解方法。
【點評】本題涉及內(nèi)容是微分方程中的重要概念,需牢記。一般以選擇題的形式考查,考
試熱度:☆☆☆☆;
【歷年考題鏈接】(2009,10)4.微分方程孫'+尸尤+3是()
A.可分離變量的微分方程B.齊次微分方程
C.一階線性齊次微分方程D.一階線性非齊次微分方程
答案:Do
5.下列無窮級數(shù)中,收斂的無窮級數(shù)是()
y2n+ly1+C-1)"-1
A.B.
Zf3/7+5Ztn
001
ooz-i\n-l
C.D.
a
【答案】D。
【解析】本題考查了常見的數(shù)項級數(shù)的斂散性。由于lim型蟲=2/0,所以1四發(fā)
83〃+53M3w+5
co1ooco001
散;由于£上發(fā)散,交錯級數(shù)收斂,所以£i+(T)發(fā)散。?為p=5
Tin署〃M〃念”
的p級數(shù),發(fā)散。故選D。
00001
【提醒】(1)不論什么級數(shù)£%,若則它一定發(fā)散。(2)p級數(shù)£),
n—>00v)P
當(dāng)夕>1收斂,當(dāng)夕K1發(fā)散。(3)交錯級數(shù),(-1)"-%"的斂散性一般用萊布尼茲判別法:
%單調(diào)遞減且趨于0,則收斂。
【點評】本題涉及內(nèi)容是考試的重點熱點,常出現(xiàn)在選擇題中。考試熱度:☆☆☆☆☆;
【歷年考題鏈接】(2010,1)5.下列無窮級數(shù)中發(fā)散的無窮級數(shù)是()
(-1)"
Jn+1
答案:Ao
二、填空題(本大題共5小題,每小題2分,共10分)
請在每小題的空格中填上正確答案。錯填、不填均無分。
6.在空間直角坐標(biāo)系中,直線)的方向向量為.
x-y-2z=3
【答案】{-1,3,-2}。
【解析】本題考查了如何從直線的一般式方程中得到直線的方向向量。直線卜+,+:=0,的
x-y-2z=3
方向向量為:
k=-i+3j-2k.
-1-2
故本題答案可以是-i+3/-2左或者{-1,3,-2}。后者是前者的簡寫形式。
【提醒】要熟悉直線的點向式方程(對稱式方程)、一般式方程、參數(shù)式方程及它們之間
的轉(zhuǎn)換。
【點評】本題涉及內(nèi)容是考試的重點,常出現(xiàn)在各類題型中??荚嚐岫龋骸睢睢睢睢?;
【歷年考題鏈接】(2010,4)11.求過點尸(3,-1,0)并且與直線;=二5=一垂直的平面方
程。
答案:x-2y-5=0.
7.函數(shù)/(x,y)=---\~廣的定義域為___________.
In(l-x2-y2)
【答案】{(x,j)|0<x2+y<1}-
【解析】本題考查了二元函數(shù)的定義域求法。要是此函數(shù)有意義,則需滿足:
ln(l-f—y2)H0,
1-x2-/>0,
解得:0</+/<1,因此定義域為:|(%,j)|0<%2+/<1}
【提醒】二元函數(shù)的定義域是平面的一部分,稱為區(qū)域,一定要用平面點集的形式寫出。
如本題若填寫0<f+丁2<1,就是錯誤的。
【點評】本題涉及的內(nèi)容是多元函數(shù)微分學(xué)的基本內(nèi)容,常出現(xiàn)在選擇和填空題中??荚?/p>
熱度:☆☆☆;
8.設(shè)積分區(qū)域D:V+y2W4,則二重積分。7(爐+/)公辦在極坐標(biāo)中的二次積分為
【答案】啖/(產(chǎn))4廠。
【解析】本題考查了極坐標(biāo)系下二重積分的計算。本題中,積分區(qū)域D為以原點為圓心、
半徑為2的圓域,故D可用不等式
D=1(r,^)|0<r<2,0<6^<2?}
來表示,應(yīng)用公式辦Uy=/(rcosO/sin9)rdrd。得:
DD
[]/(*2+/)如fy=J。d'\(3'r2)rdr0
D
【提醒】當(dāng)被積函數(shù)中含有一+)?,且積分區(qū)域為圓域,用極坐標(biāo)計算較為方便。
【點評】本題涉及內(nèi)容是考試的重點,常出現(xiàn)在填空題和計算題中??荚嚐岫龋骸睢睢睢?
【歷年考題鏈接】(2009,10)15.計算二重積分063一丁溫,,其中積分區(qū)域0:一+尸式
D
2o
答案:(1-”2)乃。
9.微分方程y"+>2?y+2y=1的一個特解y*=.
【答案】-?
2
【解析】本題考查了微分方程特解的概念。本題中的方程不是線性的,不是一個常見的方
程,求特解沒有固定的公式可以用。根據(jù)觀察,、=,滿足微分方程丫〃+丁?3/+2丫=1,
2
故為它的一個特解。
【提醒】注意微分方程通解、特解的定義,以及二階常系數(shù)線性非齊次方程特解的求法。
【點評】本題涉及內(nèi)容是考試的難點,常出現(xiàn)在填空題和計算題中??荚嚐岫龋骸睢睢?
10.設(shè)函數(shù)/(尤)是周期為2兀的函數(shù),f(x)的傅里葉級數(shù)為
兀2(―I)"]
——+>(......—cos(2n-l)x+——sinnx)
2£'(2"1)2%n
則傅里葉系數(shù)。2=
【答案】0。
【解析】本題考查了傅里葉系數(shù)和傅里葉級數(shù)的概念。若周期為2兀的函數(shù)f(x)的傅里葉級
數(shù)為?+2cosnx+bnsinnx),貝(J由
2n=l
1.開
〃o=—于(x)dx
?!恳?
10開
<〃〃=—/(x)cosnxdx{n=1,2,)
兀
1「冗.
bn=—\/(x)sinnxdx(n=1,2,)
定出的系數(shù)為,4,4,?叫做函數(shù)f(x)的傅里葉系數(shù)。由定義知,出為式中cos2]的系數(shù)。
由已知,f(x)的傅里葉級數(shù)為-工+>(---2cos(2n-l)x+—sin幾x),其中不含
2£(2〃-1)2兀n
cos2nx,即cos2%的系數(shù)為零,因此。2=0。
【提醒】謹(jǐn)記周期為2兀的函數(shù)的傅里葉系數(shù)的求法。(見解析)
【點評】本題涉及內(nèi)容是考試的重難點,常出現(xiàn)在填空題和計算題中??荚嚐岫龋骸睢睢?/p>
☆。
【歷年考題鏈接】(2010,4)22.設(shè)函數(shù)/^,.。‘一"''〈。的傅里葉級數(shù)展開式為
[xfi<X<71
—+^(ancosnx+bnb7.
2〃=i
答案:-o
7
三、計算題(本大題共12小題,每小題5分,共60分)
11.已知直線L過點P(2,-1,-1),并且與平面71:x-y+z=0垂直,求直線L的方程.
【答案】-x---2=2y—+1=——z+1
1-11
【解析】本題考查了空間解析幾何中直線方程的求法。一般是先找到一個已知點,然后去
尋求直線的方向向量,最后寫出直線的對稱式(點向式)方程。由題意,已知平面的法向
量可作為直線的方向向量,即5={1,—1,1},所以直線的方程為:二二2=五1=三擔(dān)。
【提醒】只要與直線平行的任何非零向量都可以取成直線的方向向量;只要是與平面垂直
的任何非零向量都可以取成平面的法向量。
【點評】本題涉及內(nèi)容是考試的重點,平面和直線的方程的建立是幾乎每年必考的,常出
現(xiàn)在填空題和計算題中??荚嚐岫龋骸睢睢睢睢?
【歷年考題鏈接】(2010,4)11.求過點尸(3,-1,0)并且與直線H=上==垂直的平面方程。
1-20
答案:x-2y-5=0.
12.設(shè)函數(shù)z=x2+arctan工,求和°工.
xdxdxdy
_8z-yd2zy2-x*
22
dx+ydxdy(x+y
【解析】本題考查了多元函數(shù)的偏導(dǎo)數(shù)的求法。
【提醒】對于具體的多元函數(shù),求偏導(dǎo)數(shù)和求一元函數(shù)的導(dǎo)數(shù)一樣,對哪個變量求偏導(dǎo),
計算時就將其余的變量視為常數(shù),直接將函數(shù)對此變量求導(dǎo)數(shù)即可。對于抽象的多元函數(shù),
求偏導(dǎo)數(shù)的時候要引入中間變量,畫出結(jié)構(gòu)圖,再根據(jù)鏈?zhǔn)椒▌t求偏導(dǎo)數(shù)。
【點評】本題涉及內(nèi)容是考試的重點,幾乎是每年必考的,常出現(xiàn)在填空題和計算題中。
考試熱度:☆☆☆☆☆。
【歷年考題鏈接】(2010,4)6.設(shè)函數(shù)z=^衛(wèi)三,則生=___________.
ydx
田上sinysinx
答案t:Z=-----------o
y
13.設(shè)函數(shù)z=xy+1,求全微分dz.
,依心,Szcyd2zy2-x2
[答案1-=2x—----,———==-------°
22
dx冗之+yQxdy(x+yj
【解析】本題考查了二元函數(shù)的全微分。若二元函數(shù)z=/(x,y)是可微的,則它的全微分
y+1
為:dz=df(x,y)=—dx+—dyo本題中,z=x,因為
dxdy
京=(y+1)x=xv+1Inx,
oxdy
故它的全微分是:
yy+i
dz=(^y+l)xdx+xInxdy。
【提醒】只要記住全微分的公式dz=4(x,y)=g&c+|^6fy,這類題其實是求兩個偏導(dǎo)
oxdy
數(shù)。
【點評】本題涉及內(nèi)容是高等數(shù)學(xué)中的基本知識,必須掌握。這類題常出現(xiàn)在填空題和計
算題中??荚嚐岫龋骸睢睢睢?
【歷年考題鏈接】(2009,10)7.設(shè)函數(shù)2=2/+/,則全微分dz=.
答案:dz=4-xdx+2ydy0
分7
14.設(shè)函數(shù)農(nóng)〃%,sin(2x+y)),其中/(%y)具有連續(xù)偏導(dǎo)數(shù),求一和一.
dxdy
【答案】=0+2/,cos(2x+y).—=fcos(2x+y).
oxoyv
【解析】本題考查了抽象的二元復(fù)合函數(shù)的偏導(dǎo)數(shù)的求法。先引入中間變量a#:設(shè)"=x,
v=sin(2x+y),則此函數(shù)是由z=/(〃/),a=尤#=sin(2x+y)復(fù)合而成。根據(jù)鏈?zhǔn)椒▌t
(68頁)可得,
dzdzdudzdv?.?..、ic,c,,c、
二=三二+丁丁=力1+工「rcos(2x+y).2=/,+2fcos(2x+y),
OXOUoxovoxr
dzdzdu+dzdv?+?r"4,小、
-^=-^^-^^-=fu-0fv-cos(2x+y)]-l=fvcos(2x+y)。
oyouoyovoy
【提醒】求解這類題首先要引入中間變量,搞清函數(shù)的結(jié)構(gòu),然后按照鏈?zhǔn)椒▌t展開即可。
【點評】本題涉及內(nèi)容是考試的熱點,重在考查二元復(fù)合函數(shù)的結(jié)構(gòu)和偏導(dǎo)數(shù)的計算。常
出現(xiàn)在填空和計算題中。熱度:☆☆☆☆☆.
【歷年考題鏈接】(2010,1)12.設(shè)函數(shù)z=f(2,x),其中f是可微函數(shù),求包,包.
xexoy
dzy?dz1?
答案:£=――2fu+rfv^=~fu-
oxxoyx
15.設(shè)函數(shù)/(%,丁)=5—1公十,,求grad/(2,1).
[2君問
【答案】gradf(2,l)=<二,丁卜
【解析】本題考查了多元函數(shù)梯度的求法。根據(jù)梯度的定義,函數(shù)2=/(匹丁)在點(%,%)
處的梯度為gradf(%0,j0)=£(%,%)i+/v(%0,%)J={£(%,%),/*后,%)}?了解到這一
點,本題就轉(zhuǎn)化成了求函數(shù)在指定點處的偏導(dǎo)數(shù)了。因為
更=_xSf=y
dx7%2+y,dy+
3-晟T-乎/⑵…&=—身
所以有
gra(V(2』)=¥,M。
【提醒】函數(shù)〃=/(x,y,z)在點(%,%,2())處的梯度為:
zk
gradf(%0,%)=力(/,%,z°?+{(%,%,z°)J+{(/,%,o)
={,(Xo,%,Zo)/(Xo,%,Zo),工(Xo,%,Zo)}?
【點評】上面的12,13,14題以及本題中出現(xiàn)的概念不同,但都與偏導(dǎo)數(shù)的計算有關(guān),只要
概念清楚了,偏導(dǎo)數(shù)的計算沒有問題,它就顯得比較簡單。本題考試熱度:☆☆☆☆☆.
【歷年考題鏈接】(2010,1)14.求函數(shù)f(x,y,z)=xyz-x2-y2+3z在點(-1,-1,2)處的梯度.
答案:gradf(-l-1,2)={0,0,4}o
16.計算二重積分jj(x+y)斌y,其中積分區(qū)域。是由直線x+y=2,y=x及y=0所圍成的區(qū)
D
域.
4
【答案】一。
3
【解析】本題考查了平面直角坐標(biāo)系下二重積分的計算。先應(yīng)該畫出積分區(qū)域,如下圖陰
影部分。
它是一個y型區(qū)域,故這個二重積分可以先對x積分后對y積分:
(x+y)dxdy=£dyJ(x+y)dx
D,
'(1+y^dx^y
2廣,+沖夕辦
o2
2二
4
3
【提醒】要求直角坐標(biāo)系下以及極坐標(biāo)系下的二重積分的計算要熟練掌握,因為這些是積
分學(xué)中的基本技能。
【點評】本題涉及內(nèi)容是考試的熱點,重在考查學(xué)員二重積分的計算能力。這類題一般出
現(xiàn)可以出現(xiàn)在各類題型中,選擇、填空可能考查交換積分的次序等較容易的問題,計算題
中主要考查計算能力。本題考試熱度:☆☆☆☆☆.
【歷年考題鏈接】(2010,1)16.計算二重積分I=U(x+2y)dxdy,其中D是由坐標(biāo)軸和直
D
線x+y=4所圍成的區(qū)域.
答案:32。
17.計算三重積分丫以4Mz,其中積分區(qū)域Q是由平面2x+3y+z=2及坐標(biāo)面所圍成的區(qū)
域.
【答案】—.
27
【解析】本題考查了平面直角坐標(biāo)系下三重積分的計算。先分析積分區(qū)域。積分區(qū)域Q是
由平面2x+3y+z=2及坐標(biāo)面所圍成的區(qū)域,它位于第一卦限,在xoy坐標(biāo)面上的投影為平
面區(qū)域:j(x,y)|0<x<l,0<y<|-1xl,區(qū)域中變量z的變化范圍是:
Q<z<2-2x-3y.然后來計算積分:
22
fffydxdydz=£可;%ydz
Q
=£^£3y(2-2x-3y)dy
1
27
【提醒】一般來說,計算直角坐標(biāo)系下的三重積分時,先看積分區(qū)域在一個坐標(biāo)面(通常
選xoy平面)上的投影區(qū)域是什么,確定是什么型區(qū)域,繼而得到兩個變量的取值范圍,然
后要從已知的式子或圖形中找到第三個變量的取值范圍,積分限確定好了,最后計算積分。
積分限的確定方法不止一種,限于篇幅,這里不展開陳述,希望學(xué)員們多看例題,多總結(jié)。
【點評】本題涉及內(nèi)容是考試的熱點,重在考查直角坐標(biāo)系下三重積分的計算方法。多出
現(xiàn)在計算題中。另外,極坐標(biāo)系下三重積分的計算同樣重要,不容忽視。熱度:☆☆☆☆
【歷年考題鏈接】(2010,1)17.計算三重積分I=j]j(x2+y2+z2)dxdydz,其中積分區(qū)域Q:
C
x2+y2+z2^l.
答案:一兀。
5
18.計算對弧長的曲線積分卜聲而7ds,其中C是圓周f+y2=l.
【答案】
【解析】本題考查了對弧長的曲線積分的計算。曲線C是圓周x2+y2=i,它可用參數(shù)方程來
表示:x=cost,y=sint(O<t<2^)o根據(jù)計算公式可得:
―—12?~~12
JeWs=即)2+2M)1(?osJ+(sin/dt
酒力
Jo
=2e%.
【提醒】一般的,若曲線L的方程為參數(shù)方程:x=(p(t),y=^tXa<t<j3),貝U
L/(x,y)ds=/4⑺0⑺]J"⑺『+[〃")『dt.
【點評】對弧長的曲線積分和對坐標(biāo)的曲線積分一樣,幾乎是每年必考的內(nèi)容,需重點掌
握。它們大都出現(xiàn)在計算題中。考試熱度:☆☆☆☆☆.
【歷年考題鏈接】(2008,4)18.計算對弧長的曲線積分(2x-y+l)ds,其中乙是直線y=x-l
上點(0,-1)到點(1,0)的直線段.
…5后
答案:——。
2
19.驗證對坐標(biāo)的曲線積分
J(2xy-y4+3)dx+(x2-4xy3)dy
與路徑無關(guān),并計算
/=[()(2D-y4+3)dx+(x2-4xy3)dy
J(i,o)
【答案】5o
【解析】本題考查了平面上曲線積分與路徑無關(guān)的條件以及對坐標(biāo)的曲線積分的計算。曲
423
線積分JcPdx+=jc(2xy-y+3)dx+(x-4xy)dy與路徑無關(guān)的充要條件是:
—=—o因為?£=2%一4丁3,義=2%—4/,所以變=絲,從而。曲線積分
dydxdydxdydx
fPdx+Qdy=[(2孫-y'+3)為:+評一4孫辦與路徑無關(guān)。
*CJc
由于積分與積分路徑無關(guān),為了方便計算,可以取積分路徑為:(LO)f(2,0).(2,1),
(1,0)-(2,0)時,l<x<2,y=0;(2,0)9(2,1)時,0<y<l,x=2,所以:
/=[(2xy-y4++(x2-4xy3)dy=f3dx+f(22—4?2-y3)dy=3+4—2=5o
J(l,0)■JlJo■
【提醒】一般地,曲線積分fRa+。力與路徑無關(guān)的充要條件是:—o
【點評】曲線積分無路徑的無關(guān)性的考察大多出現(xiàn)在填空和計算題中,它和曲線積分的計
算都是考察的重點,需熟練掌握??荚嚐岫龋骸睢睢睢睢?
20.求微分方程?=/工+^的通解.
dx
【解析】本題考查了一階線性非齊次微分方程的通解的求法。先將此方程變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)形式:
^-y=e-x,用一階線性非齊次微分方程的通解公式求通解:
dx
="(廣辦+0
F…
=--ex+Cer.
2
【提醒】一定要記住一階線性非齊次微分方程yr+P(x)y=Q(x)的通解公式:
【點評】本題設(shè)計內(nèi)容是微分方程中的基本內(nèi)容,這類題和二階常系數(shù)線性微分方程的解
法幾乎是二者必考其一,需多加練習(xí)??荚嚐岫龋骸睢睢睢?
n
21.判斷無窮級數(shù)8£n匕的斂散性.
zt初
【解析】本題考查了正項級數(shù)的斂散性的判斷。當(dāng)一個正項級數(shù)通項中含階乘、乘方、指
數(shù)函數(shù)等時,一般用比值審斂法來判斷其斂散性。令氏二—,由于
n\
=lim1+—=e>l,
goo/s(n+1)!n\snJ
8nn
所以無窮級數(shù)發(fā)散。
W〃!
22.將函數(shù)/(x)=」展開為x-1的塞級數(shù).
x+4
【解析】本題考查了如何將一個函數(shù)展開為塞級數(shù)。這類題一般有兩種方法求解:一種是
直接法,一種是間接法。多考查利用間接法將一個函數(shù)展開為塞級數(shù)。需要學(xué)員們記住常
見函數(shù)的哥級數(shù)展開式。本題,先將所給函數(shù)變形:
f(x)=^—=l-=1——--1
x+4x+45+x-l,x—1
1+----
5
18
根據(jù):——=y(-i)nx"(-i<x<i),得
1+x"=0
100x-1I(-1<^<1)
=X(-1)'
~~5~
n-0
5
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