2021_2022学年新教材高中数学第四章指数函数与对数函数4.2指数函数课件+学案(6份打包)新人教A版必修第一册

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名称 2021_2022学年新教材高中数学第四章指数函数与对数函数4.2指数函数课件+学案(6份打包)新人教A版必修第一册
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资源类型 教案
版本资源 人教A版(2019)
科目 数学
更新时间 2021-12-26 18:54:56

文档简介

(共20张PPT)指数函数的概念
新课程标准解读 核心素养
1.通过具体实例,了解指数函数的实际意义 数学抽象
2.理解指数函数的概念 数学建模
[问题] (1)某种细胞每过30分钟便由1个分裂成2个,则经过2个小时,这种细胞能由1个分裂成多少个?
(2)如果将上述问题改为“经过x次分裂,这种细胞能由1个分裂成y个”,你能用分裂次数x表示个数y吗?
                                    
                                    
                                    
知识点一 指数函数的概念
一般地,函数y=(a>0,且a≠1)叫做指数函数,其中x是自变量,定义域是.
对指数函数概念的再理解
    
为什么指数函数的底数a>0,且a≠1
提示:①如果a=0,当x>0时,ax恒等于0,没有研究的必要;当x≤0时,ax无意义.
②如果a<0,例如y=(-4)x,这时对于x=,,…,该函数无意义.
③如果a=1,则y=1x是一个常量,没有研究的价值.
为了避免上述各种情况,所以规定a>0,且a≠1.
1.判断正误.(正确的画“√”,错误的画“×”)
(1)y=x2是指数函数.(  )
(2)指数函数y=ax中,a可以为负数.(  )
(3)y=2x-1是指数函数.(  )
答案:(1)× (2)× (3)×
2.若函数f(x)是指数函数,且f(2)=2,则f(x)=________.
解析:设f(x)=ax(a>0,a≠1),∵f(2)=2,∴a2=2,∴a=,即f(x)=()x.
答案:()x
知识点二 指数型函数模型
形如y=kax(k为非零常数,a>0,且a≠1)的函数为指数型函数模型.
某化工厂生产一种溶液,按市场要求,杂质含量不能超过0.1%,若初始溶液含杂质2%,每过滤一次可使杂质含量减少.
(1)写出杂质含量y与过滤次数n的函数关系式;
(2)过滤7次后的杂质含量是多少?过滤8次后的杂质含量是多少?至少应过滤几次才能使产品达到市场要求?
解:(1)过滤1次后的杂质含量为×=×;
过滤2次后的杂质含量为×=×;
过滤3次后的杂质含量为×=×;

过滤n次后的杂质含量为×(n∈N*).
故y与n的函数关系式为y=×(n∈N*).
(2)由(1)知当n=7时,y=×=>,
当n=8时,y=×=<,所以至少应过滤8次才能使产品达到市场要求.
指数函数的概念
[例1] (1)下列函数中是指数函数的是________(填序号).
①y=2·()x;②y=2x-1;③y=.
(2)若函数y=(k+2)ax+2-b(a>0,且a≠1)是指数函数,则k=________,b=________.
[解析] (1)①中指数式()x的系数不为1,故不是指数函数;②中y=2x-1=·2x,指数式2x的系数不为1,故不是指数函数;③是指数函数.
(2)根据指数函数的定义,得解得
[答案] (1)③ (2)-1 2
判断一个函数是指数函数的方法
(1)看形式:判断其解析式是否符合y=ax(a>0,且a≠1)这一结构特征;
(2)明特征:看是否具备指数函数解析式具有的三个特征.只要有一个特征不具备,该函数就不是指数函数.    
[跟踪训练]
若函数y=(2a-1)x(x是自变量)是指数函数,则a的取值范围是(  )
A.(0,1)∪(1,+∞)   B.[0,1)∪(1,+∞)
C.∪(1,+∞) D.
解析:选C 依题意得2a-1>0,且2a-1≠1,解得a>,且a≠1,故选C.
求指数函数的解析式或函数值
[例2] (链接教科书第114页例1)若函数f(x)是指数函数,且f(2)=9,则f(x)=________.
[解析] 由题意设f(x)=ax(a>0且a≠1),因为f(2)=a2=9,所以a=3,所以f(x)=3x.
[答案] 3x
1.求指数函数的解析式时,一般采用待定系数法,即先设出函数的解析式,然后利用已知条件,求出解析式中的参数,从而得到函数的解析式,其中掌握指数函数的概念是解决这类问题的关键.
2.求指数函数的函数值的关键是求指数函数的解析式.    
[跟踪训练]
已知函数f(x)为指数函数,且f=,求f(-2)的值.
解:设f(x)=ax(a>0且a≠1),
由f=得,a-=,
所以a=3,
又f(-2)=a-2,
所以f(-2)=3-2=.
指数函数型的实际应用
[例3] (链接教科书第114页例2)某林区2020年木材蓄积量为200万立方米,由于采取了封山育林、严禁采伐等措施,使木材蓄积量的年平均递增率能达到5%.
若经过x年后,该林区的木材蓄积量为y万立方米,求y=f(x)的表达式,并求此函数的定义域.
[解] 现有木材蓄积量为200万立方米,经过1年后木材蓄积量为200+200×5%=200(1+5%).
经过2年后木材蓄积量为:200(1+5%)+200(1+5%)×5%=200×(1+5%)2.
∴经过x年后木材蓄积量为200(1+5%)x.
∴y=f(x)=200(1+5%)x.函数的定义域为x∈N*.
指数函数在实际问题中的应用
(1)利用数学方法解决实际问题时,应准确读懂题意,从实际问题中提取出模型转化为数学问题;
(2)在实际问题中,经常会遇到指数增长模型:设基数为N,平均增长率为p,则对于经过时间x后的总量y可以用y=N(1+p)x来表示,这是非常有用的函数模型.    
[跟踪训练]
某地区2010年年底的人口数量为500万,人均住房面积为6平方米,若该地区的人口年平均增长率为1%,要使2021年年底该地区的人均住房面积至少为7平方米,则平均每年新增住房面积至少________万平方米(精确到1万平方米,参考数据:1.019≈1.093 7,1.0110≈1.104 6,1.0111≈1.115 7).
解析:设平均每年新增住房面积x万平方米,则≥7,解得x≥82.27≈82.即平均每年新增住房面积至少82万平方米.
答案:82
1.下列各函数中,是指数函数的是(  )
A.y=(-3)x        B.y=-3x
C.y=3x-1 D.y=
解析:选D 根据指数函数的定义知,D正确.
2.若函数y=(m2-m-1)mx是指数函数,则m等于(  )
A.-1或2 B.-1
C.2 D.
解析:选C 由题意得
m>0且m≠1,))解得m=2.故选C.
3.已知函数f(x)=ax(a>0,且a≠1),f(2)=4,则函数f(x)的解析式是(  )
A.f(x)=2x B.f(x)=
C.f(x)=4x D.f(x)=
解析:选A 由f(2)=4得a2=4,又a>0,且a≠1,所以a=2,即f(x)=2x.故选A.
4.若函数y=(4-3a)x是指数函数,则实数a的取值范围为________.
解析:若函数y=(4-3a)x是指数函数,则4-3a>0且4-3a≠1,所以a<且a≠1,所以实数a的取值范围为(-∞,1)∪.
答案:(-∞,1)∪
5.一种放射性物质不断变化为其他物质,每经过一年,剩余物质的质量约是原来的,则经过________年,剩余物质的质量是原来的.
解析:经过一年,剩余物质的质量约是原来的;经过两年,剩余物质的质量约是原来的;经过三年,剩余物质的质量约是原来的=.
答案:三
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5(共24张PPT)第二课时 指数函数及其性质的应用(习题课)
指数式的大小比较
[例1] (链接教科书第117页例3)比较下列各组数的大小:
(1)1.52.5和1.53.2;
(2)与;
(3)1.50.3和0.81.2.
[解] (1)∵函数y=1.5x在R上是增函数,2.5<3.2,∴1.52.5<1.53.2.
(2)指数函数y=与y=的图象(如图),
由图知>.
(3)由指数函数的性质知1.50.3>1.50=1,
而0.81.2<0.80=1,
∴1.50.3>0.81.2.
比较指数幂大小的3种类型及处理方法
    
[跟踪训练]
比较下列各题中两个值的大小:
(1)0.8-0.1,1.250.2;
(2)1.70.3,0.93.1;
(3)a0.5与a0.6(a>0且a≠1).
解:(1)∵0<0.8<1,
∴y=0.8x在R上是减函数.
∵-0.2<-0.1,∴0.8-0.2>0.8-0.1,
而0.8-0.2==1.250.2,
即0.8-0.1<1.250.2.
(2)∵1.70.3>1.70=1,0.93.1<0.90=1,
∴1.70.3>0.93.1.
(3)a0.5与a0.6可看做指数函数y=ax的两个函数值.
当0a0.6.当a>1时,函数y=ax在R上是增函数.∵0.5<0.6,∴a0.5a0.6;当a>1时,a0.5解指数型不等式或方程
[例2] (链接教科书第119页T3)求解下列不等式:
(1)已知3x≥,求实数x的取值范围;
(2)若a-5x>ax+7(a>0且a≠1),求x的取值范围.
[解] (1)因为=30.5,所以由3x≥可得:3x≥30.5,因为y=3x为增函数,故x≥0.5.
(2)①当0<a<1时,函数y=ax是减函数,则由a-5x>ax+7可得-5x<x+7,解得x>-.
②当a>1时,函数y=ax是增函数,则由a-5x>ax+7可得-5x>x+7,解得x<-.
综上,当0<a<1时,x>-;当a>1时,x<-.
1.指数型不等式的解法
(1)指数型不等式af(x)>ag(x)(a>0,且a≠1)的解法:
当a>1时,f(x)>g(x);
当0<a<1时,f(x)<g(x).
(2)如果不等式的形式不是同底指数式的形式,要首先进行变形将不等式两边的底数进行统一,此时常用到以下结论:1=a0(a>0,且a≠1),a-x=(a>0,且a≠1)等.
2.指数方程的求解方法
(1)同底法:形如af(x)=ag(x)(a>0,且a≠1)的方程,化为f(x)=g(x)求解;
(2)换元法:形如a2x+b·ax+c=0(a>0,且a≠1)的方程,用换元法求解,求解时应特别注意ax>0.    
[跟踪训练]
1.方程81×32x=的解为________.
解析:∵81×32x=,∴32x+4=3-2(x+2),∴2x+4=-2(x+2),解得x=-2.
答案:-2
2.设01的解集为________.
解析:因为01=a0变为2x2-7x+3<0,解得答案:
指数型函数的单调性
[例3] 判断f(x)=的单调性,并求其值域.
[解] 令u=x2-2x,则原函数变为y=.
∵u=x2-2x=(x-1)2-1在(-∞,1]上递减,在(1,+∞)上递增,又∵y=在(-∞,+∞)上递减,
∴y=在(-∞,1]上递增,在(1,+∞)上递减.
∵u=x2-2x=(x-1)2-1≥-1,
∴y=,u∈[-1,+∞),
∴0<≤=3,
∴原函数的值域为(0,3].
函数y=af(x)(a>0,a≠1)的单调性的处理技巧
(1)关于指数型函数y=af(x)(a>0,且a≠1)的单调性由以下两点所决定,一是底数a>1还是0<a<1;二是f(x)的单调性,它由两个函数y=au,u=f(x)复合而成;
(2)求复合函数的单调区间,首先求出函数的定义域,然后把函数分解成y=f(u),u=φ(x),通过考查f(u)和φ(x)的单调性,求出y=f(φ(x))的单调区间.    
[跟踪训练]
1.画出函数y=2-|x|的图象,并根据图象求函数的单调区间.
解:y=2-|x|=的图象如图所示.
由图象可得函数y=2-|x|的单调递增区间为(- ∞,0],单调递减区间为(0,+∞).
2.函数f(x)=ax(a>0,a≠1)在区间[1,2]上的最大值比最小值大,求a的值.
解:①若a>1,则f(x)在[1,2]上单调递增,最大值为a2,最小值为a.
所以a2-a=,解得a=或a=0(舍去).
②若0所以a-a2=,解得a=或a=0(舍去).
综上所述,a的值为或.
指数函数性质的综合应用
[例4] 已知定义在R上的函数f(x)=a+是奇函数.
(1)求a的值;
(2)判断f(x)的单调性(不需要写出理由);
(3)若对任意的t∈R,不等式f(t2-2t)+f(2t2-k)<0恒成立,求实数k的取值范围.
[解] (1)∵f(x)的定义域为R,且f(x)为奇函数,
∴f(0)=0,即a+=0,∴a=-.
(2)由(1)知f(x)=-+,
故f(x)在R上为减函数.
(3)∵f(x)为奇函数,
∴f(t2-2t)+f(2t2-k)<0可化为f(t2-2t)由(2)知f(x)在R上单调递减,
∴t2-2t>k-2t2,
即3t2-2t-k>0对于一切t∈R恒成立,
∴Δ=4+12k<0,得k<-,
∴k的取值范围是.
解决指数函数性质综合应用问题的注意点
(1)注意代数式的变形,如分式通分、因式分解、配方法、分母(或分子)有理化等变形技巧;
(2)解答函数问题注意应在函数定义域内进行;
(3)由于指数函数单调性与底数有关,因此要注意是否需要讨论.    
[跟踪训练]
已知函数f(x)=·x3.
(1)求f(x)的定义域;
(2)讨论f(x)的奇偶性;
(3)证明:f(x)>0.
解:(1)由题意得2x-1≠0,即x≠0,
∴f(x)的定义域为(-∞,0)∪(0,+∞).
(2)由(1)知,f(x)的定义域关于原点对称.
令g(x)=+=,φ(x)=x3,
则f(x)=g(x)·φ(x).
∵g(-x)===-g(x),
φ(-x)=(-x)3=-x3=-φ(x),
∴f(-x)=g(-x)·φ(-x)=[-g(x)]·[-φ(x)]=g(x)·φ(x)=f(x),
∴f(x)=·x3为偶函数.
(3)证明:当x>0时,2x>1,
∴2x-1>0,∴+>0.
∵x3>0,∴f(x)>0.
由偶函数的图象关于y轴对称,知当x<0时,f(x)>0也成立.故对于x∈(-∞,0)∪(0,+∞),恒有f(x)>0.
1.函数f(x)=()x在区间[1,2]上的最大值是(  )
A.           B.
C.3 D.2
解析:选C 因为>1,所以指数函数f(x)=()x为增函数,所以当x=2时,函数取得最大值,且最大值为3.
2.已知0.3m>0.3n,则m,n的大小关系为(  )
A.m>n B.mC.m=n D.不能确定
解析:选B 因为函数y=0.3x是R上的减函数,且0.3m>0.3n,所以m3.f(x)=2|x|,x∈R,那么f(x)是(  )
A.奇函数且在(0,+∞)上是增函数
B.偶函数且在(0,+∞)上是增函数
C.奇函数且在(0,+∞)上是减函数
D.偶函数且在(0,+∞)上是减函数
解析:选B 由x∈R且f(-x)=f(x)知f(x)是偶函数,当x>0时,f(x)=2x是增函数.
4.指数函数f(x)=ax(a>0,a≠1)在R上是减函数,则函数g(x)=(a-2)x3在R上的单调性为(  )
A.单调递增
B.在(0,+∞)上递减,在(-∞,0)上递增
C.单调递减
D.在(0,+∞)上递增,在(-∞,0)上递减
解析:选C ∵指数函数f(x)=ax(a>0,a≠1)在R上是减函数,
∴0∴a-2<0,
∴g(x)=(a-2)x3在R上是减函数,故选C.
5.函数y=的单调递增区间为(  )
A.(-∞,+∞) B.(0,+∞)
C.(1,+∞) D.(0,1)
解析:选A 由已知得,f(x)的定义域为R.
设u=1-x,则y=.
因为u=1-x在R上为减函数,
又因为y=在(-∞,+∞)上为减函数,
所以y=在(-∞,+∞)上为增函数,所以选A.
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6(共26张PPT)指数函数的图象和性质
新课程标准解读 核心素养
1.能用描点法或借助计算工具画出具体指数函数的图象,探索并理解指数函数的单调性与特殊点 直观想象、逻辑推理
2.掌握指数函数的图象、性质并会运用 数学运算
第一课时 指数函数的图象和性质
分别在同一平面直角坐标系内画出y=2x与y=的图象及y=3x与y=的图象,通过观察具体的指数函数的图象,归纳、抽象出y=ax(a>0,且a≠1)的图象与性质.
[问题] (1)图象分布在哪几个象限?说明了什么?
(2)猜想图象的上升、下降与底数a有怎样的关系?对应的函数的单调性如何?
                                    
                                    
                                    
知识点 指数函数的图象和性质
a的范围 a>1 0<a<1
图象
性质 定义域
值域 (0,+∞)
过定点 (0,1)
单调性 在R上是增函数 在R上是减函数
奇偶性 非奇非偶函数
1.在直角坐标系中指数函数图象不可能出现在第几象限?
提示:指数函数的图象只能出现在第一、二象限,不可能出现在第三、四象限.
2.指数函数y=ax(a>0,a≠1)的图象与底数a有什么关系?
提示:底数a与1的大小关系决定了指数函数图象的“升”与“降”.当a>1时,指数函数的图象是“上升”的;当01.判断正误.(正确的画“√”,错误的画“×”)
(1)指数函数的图象都在x轴的上方.(  )
(2)若指数函数y=ax是减函数,则0(3)函数y=3x的图象在函数y=2x图象的上方.(  )
答案:(1)√ (2)√ (3)×
2.函数y=2-x的图象是(  )
答案:B
3.函数y=ax(a>0且a≠1)在R上是增函数,则a的取值范围是________.
答案:(1,+∞)
4.函数f(x)=2x+3的值域为________.
答案:(3,+∞)
指数型函数的定义域和值域
[例1] 求下列函数的定义域和值域:
(1)y=2;(2)y=;(3)y= .
[解] (1)∵x满足x≠0,∴定义域为{x|x≠0}.
∵≠0,∴2≠1.
∴y=2的值域为{y|y>0,且y≠1}.
(2)定义域为R.
∵|x|≥0,∴y==≥=1,
∴此函数的值域为[1,+∞).
(3)由题意知1-≥0,
∴≤1=,
∴x≥0,
∴定义域为{x|x≥0,x∈R}.
∵x≥0,∴≤1.
又∵>0,∴0<≤1.
∴0≤1-<1,
∴0≤y<1,∴此函数的值域为[0,1).
函数y=af(x)定义域、值域的求法
(1)定义域:形如y=af(x)形式的函数的定义域是使得f(x)有意义的x的取值集合;
(2)值域:①换元,令t=f(x);
②求t=f(x)的定义域x∈D;
③求t=f(x)的值域t∈M;
④利用y=at的单调性求y=at,t∈M的值域.
[注意] (1)通过建立不等关系求定义域时,要注意解集为各不等关系解集的交集;
(2)当指数型函数的底数含字母时,在求定义域、值域时要注意分类讨论.    
[跟踪训练]
1.函数f(x)=+的定义域是(  )
A.[2,4)        B.[2,4)∪(4,+∞)
C.(2,4)∪(4,+∞) D.[2,+∞)
解析:选B 依题意有
解得x∈[2,4)∪(4,+∞).
2.函数y=-1的值域为(  )
A.[1,+∞) B.(-1,1)
C.[-1,+∞) D.[-1,1)
解析:选D ∵2x>0,∴4-2x<4.又∵4-2x≥0,∴0≤4-2x<4.令t=4-2x,则t∈[0,4),∴∈[0,2),∴y∈[-1,1),即函数的值域是[-1,1),故选D.
3.若函数f(x)=的定义域是[1,+∞),则a的取值范围是________.
解析:∵ax-a≥0,∴ax≥a,∴当a>1时,x≥1.故函数定义域为[1,+∞)时,a>1.
答案:(1,+∞)
指数型函数图象
[例2] (1)函数f(x)=ax-b的图象如图所示,其中a,b为常数,则下列结论正确的是(  )
A.a>1,b<0       B.a>1,b>0
C.0<a<1,b>0 D.0<a<1,b<0
(2)在平面直角坐标系中,若直线y=m与函数f(x)=|2x-1|的图象只有一个交点,则实数m的取值范围是________.
[解析] (1)从曲线的变化趋势,可以得到函数f(x)为减函数,从而有0<a<1;从曲线位置看,是由函数y=ax(0<a<1)的图象向左平移|-b|个单位长度得到,所以-b>0,即b<0.
(2)画出函数f(x)=|2x-1|的图象,如图所示.
若直线y=m与函数f(x)=|2x-1|的图象只有1个交点,则m≥1或m=0,
即实数m的取值范围是{m|m≥1或m=0}.
[答案] (1)D (2){m|m≥1或m=0}
处理函数图象问题的策略
(1)抓住特殊点:指数函数的图象过定点(0,1),求指数型函数图象所过的定点时,只要令指数为0,求出对应的y的值,即可得函数图象所过的定点;
(2)巧用图象变换:函数图象的平移变换(左右平移、上下平移);
(3)利用函数的性质:奇偶性确定函数的对称情况,单调性决定函数图象的走势.    
[跟踪训练]
1.函数f(x)=3-ax+1(a>0且a≠1)的图象恒过定点(  )
A.(-1,2) B.(1,2)
C.(-1,1) D.(0,2)
解析:选A 依题意,由x+1=0得,x=-1,将x=-1代入f(x)=3-ax+1得,f(x)=3-a0=2,所以函数f(x)=3-ax+1(a>0且a≠1)的图象恒过定点(-1,2).
2.已知1>n>m>0,则指数函数:①y=mx,②y=nx的图象为(  )
解析:选C 由于03.画出下列函数的图象,并说明它们是由函数f(x)=2x的图象经过怎样的变换得到的.
(1)y=2x+1;
(2)y=-2x.
解:如图.
(1)y=2x+1的图象是由y=2x的图象向上平移1个单位长度得到的;
(2)y=-2x的图象与y=2x的图象关于x轴对称.
指数函数图象变换问题探究
为研究函数图象的变换规律,某数学兴趣小组以指数函数f(x)=2x为例,借助几何画板画出了下面4组函数的图象:
(1)y=f(x-1);(2)y=f(|x|)+1;(3)y=-f(x);(4)y=|f(x)-1|.
[问题探究]
1.请分别写出这4组函数的解析式.
提示:(1)y=f(x-1)=2x-1;
(2)y=f(|x|)+1=2|x|+1;
(3)y=-f(x)=-2x;
(4)y=|f(x)-1|=|2x-1|.
2.已知函数y=f(x)的图象,怎样利用图象变换的方法分别得到函数y=f(x±a)(a>0),y=f(x)±b(b>0),y=-f(x),y=f(|x|),y=|f(x)|的图象,试写出变换过程.
提示:(1)函数y=f(x±a)(a>0)的图象,可由y=f(x)的图象向左(+)或向右(-)平移a个单位长度得到.
(2)函数y=f(x)±b(b>0)的图象,可由y=f(x)的图象向上(+)或向下(-)平移b个单位长度得到.
(3)将函数y=f(x)的图象关于x轴对称,便得到函数y=-f(x)的图象.
(4)保留函数y=f(x)(x≥0)的部分图象,再将其沿y轴翻折到左侧,便得到函数y=f(|x|)的图象.
(5)保留函数y=f(x)在x轴上方的图象,并将y=f(x)在x轴下方的图象沿x轴翻折到上方,便得到函数y=|f(x)|的图象.
[迁移应用]
若将函数更换为y=,并得到如下图象:
试根据函数y=的图象,作出下列各函数的图象:(1)y=;(2)y=-1;(3)y=-.
解:(1)、(2)、(3)中的函数的图象分别如图①②③所示:
1.指数函数y=ax与y=bx的图象如图所示,则(  )
A.a<0,b<0       B.a<0,b>0
C.01 D.0解析:选C 结合指数函数的图象知,b>1,02.函数y= 的定义域是(  )
A.(-∞,0) B.(-∞,0]
C.[0,+∞) D.(0,+∞)
解析:选C 由2x-1≥0,得2x≥20,∴x≥0.
3.若a>1,-1A.第一、二、三象限 B.第一、三、四象限
C.第二、三、四象限 D.第一、二、四象限
解析:选A ∵a>1,且-14.当x∈[-2,2)时,求y=3-x-1的值域.
解:y=3-x-1=-1,在x∈[-2,2)上是减函数,
∴3-2-1∴函数的值域为.
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