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高中数学
人教A版(2019)
选择性必修 第二册
第五章 一元函数的导数及其应用
5.3 导数在研究函数中的应用
5.3.1函数的单调性 强化训练-2022-2023学年高二下学期数学人教A版(2019)选择性必修第二册(含答案)
文档属性
名称
5.3.1函数的单调性 强化训练-2022-2023学年高二下学期数学人教A版(2019)选择性必修第二册(含答案)
格式
zip
文件大小
173.3KB
资源类型
教案
版本资源
人教A版(2019)
科目
数学
更新时间
2023-03-17 06:59:40
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文档简介
5.3.1函数的单调性强化训练(答案)
一、选择题
1、函数y=f(x)的导函数y=f′(x)的图象如图所示,则函数y=f(x)的图象可能是( D )
2、下列函数中,在(0,+∞)内为增函数的是( B )
A.f(x)=sin 2x B.f(x)=xex
C.f(x)=x3-x D.f(x)=-x+ln x
3、函数f(x)=2x2-ln x的单调递减区间是( C )
A. B.
C. D.∪
4、已知函数f(x)=xex-,则( C )
A.f(x)是奇函数,且在(-∞,0)上单调递减
B.f(x)是奇函数,且在(-∞,0)上先递减再递增
C.f(x)是偶函数,且在(-∞,0)上单调递减
D.f(x)是偶函数,且在(-∞,0)上先递减再递增
解:由f(x)=xex-,可得f(-x)=-xe-x-=xex-=f(x),故f(x)为偶函数,所以A,B错误;由f′(x)=ex-e-x+x(ex+e-x),当x<0时,f′(x)<0,故f(x)在(-∞,0)上单调递减,所以C正确,D错误.故选C.
5、若函数f(x)的定义域为R,其导函数为f′(x).若f′(x)-3<0恒成立,f(-2)=0,则f(x)-3x<6的解集为( D )
A.(-∞,-2) B.(-2,2)
C.(-∞,2) D.(-2,+∞)
解:令g(x)=f(x)-3x-6,
则g′(x)=f′(x)-3<0,
所以函数g(x)在R上单调递减,
g(-2)=f(-2)-3×(-2)-6=0,
由g(x)<0 g(x)<g(-2),则x>-2.
6、对于R上可导的任意函数f(x),若满足≤0,则必有( A )
A.f(0)+f(2)>2f(1) B.f(0)+f(2)≤2f(1)
C.f(0)+f(2)<2f(1) D.f(0)+f(2)≥2f(1)
解:当x<1时,f′(x)<0,此时函数f(x)单调递减;当x>1时,f′(x)>0,此时函数f(x)单调递增,即当x=1时,函数f(x)取得极小值同时也取得最小值f(1),所以f(0)>f(1),f(2)>f(1),则f(0)+f(2)>2f(1),故选A.
7、已知函数f(x)=ln x+ax在函数g(x)=x2-2x+b的单调递增区间上也单调递增,则实数a的取值范围是( B )
A.(-∞,-1] B.[0,+∞)
C.(-∞,-1]∪[0,+∞) D.(-1,0]
解:函数g(x)=x2-2x+b的单调递增区间为[1,+∞),依题意得,函数f(x)在[1,+∞)上也单调递增,则f′(x)=+a≥0在[1,+∞)上恒成立,即a≥-在[1,+∞)上恒成立,
令m(x)=-,则m(x)在[1,+∞)上单调递增,又当x→+∞时,m(x)→0且m(x)<0,所以当x∈[1,+∞)时,-∈[-1,0),所以a≥0.故选B.
8、已知函数f(x)=ax2-4ax-ln x,则f(x)在(1,4)上不单调的一个充分不必要条件可以是( D )
A.a>- B.0
C.a>或-
解:f′(x)=2ax-4a-=,
令g(x)=2ax2-4ax-1,
则函数g(x)=2ax2-4ax-1的对称轴方程为x=1,
若f(x)在(1,4)上不单调,则g(x)在区间(1,4)上有零点.
当a=0时,显然不成立;
当a≠0时,只需
或
解得a>或a<-.
∴a>是f(x)在(1,4)上不单调的一个充分不必要条件.
9、已知函数f(x)=x3-4x+2ex-2e-x,其中e为自然对数的底数,若f(a-1)+f(2a2)≤0,则实数a的取值范围是( D )
A.(-∞,-1] B.
C. D.
解:f′(x)=x2-4+2ex+2e-x≥x2-4+2=x2≥0,∴f(x)在R上是增函数.
又f(-x)=-x3+4x+2e-x-2ex=-f(x),知f(x)为奇函数.
故f(a-1)+f(2a2)≤0 f(a-1)≤f(-2a2),
∴a-1≤-2a2,解之得-1≤a≤.
10、若函数f(x)=x-sin 2x+asin x在(-∞,+∞)上单调递增,则a的取值范围是( C )
A.[-1,1] B.
C. D.
解:∵f(x)=x-sin 2x+asin x,
∴f′(x)=1-cos 2x+acos x=-cos2x+acos x+.
由f(x)在R上单调递增,则f′(x)≥0在R上恒成立.
令t=cos x,t∈[-1,1],
则-t2+at+≥0,
在t∈[-1,1]上恒成立.
∴4t2-3at-5≤0在t∈[-1,1]上恒成立.
令g(t)=4t2-3at-5,
则解之得-≤a≤.
11、直线y=ax+b为函数f(x)=ln x-图象的一条切线,则2a+b的最小值为( B )
A.ln 2 B.ln 2-
C.1 D.2
解:函数f(x)的定义域是(0,+∞),f′(x)=+,设切点坐标为(x0,y0),则y0=ln x0-,a=+,所以切线方程为y-=(x-x0),即y=x-1+ln x0-,与已知对照,得b=-1+ln x0-,所以2a+b=ln x0+-1.构造函数g(t)=ln t+-1(t>0),则g′(t)=-=,所以函数g(t)在(0,2)上单调递减,在(2,+∞)上单调递增,所以当t=2时,g(t)取得最小值,为ln 2-,所以(2a+b)min=ln 2-.故选B.
12、已知函数f(x)=,若m
A.3-2ln 2 B.3+2ln 2
C.2+2ln 3 D.2-3ln 2
解:作出f(x)的图象,如图所示,设(x0,ln x0)(x0>1)为曲线f(x)=ln x(x>1)上一点,当该点处切线与直线y=x+平行时,n-m的值最小.当x>1时,f′(x)=,令=,得x0=2>1,满足题意,即n=2.把x0=2代入f(x)=ln x得y0=ln 2,把y0=ln 2代入y=x+得x=2ln 2-1,即m=2ln 2-1,∴n-m=2-(2ln 2-1)=3-2ln 2,故选A.
13、如果存在函数g(x)=ax+b(a,b为常数),使得对函数f(x)定义域内任意的x都有f(x)≤g(x)成立,那么g(x)为函数f(x)的一个“线性覆盖函数”.已知f(x)=-2x ln x-x2,g(x)=-ax+3,若g(x)为函数f(x)在区间(0,+∞)上的一个“线性覆盖函数”,则实数a的取值范围是( C )
A.(-∞,0] B.(-∞,2]
C.(-∞,4] D.(-∞,6]
解:由题意可知,f(x)≤g(x)对任意x∈(0,+∞)恒成立,即a≤2ln x+x+对任意x∈(0,+∞)恒成立.设h(x)=2ln x+x+,则h′(x)=+1-=,x>0,易知h(x)在(0,1)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增,所以h(x)min=h(1)=4,故a≤4.
14、(多选)已知函数f(x)=x ln (1+x),则( AC )
A.f(x)在(0,+∞)上单调递增
B.f(x)有两个零点
C.曲线y=f(x)在点处切线的斜率为-1-ln 2
D.f(x)是偶函数
解:函数f(x)的定义域为(-1,+∞),f′(x)=ln (1+x)+,对于A,当x∈(0,+∞)时,ln (1+x)>0,>0,所以f′(x)>0,所以函数f(x)在(0,+∞)上单调递增,故A正确;对于B,令f(x)=0,得x=0或ln (1+x)=0,解得x=0,所以f(x)只有一个零点,故B错误;对于C,因为f′=ln -1=-ln 2-1,所以曲线y=f(x)在点处切线的斜率为-1-ln 2,故C正确;对于D,因为函数f(x)的定义域为(-1,+∞),不关于原点对称,所以f(x)不是偶函数,故D错误.综上所述,选AC.
15、已知e是自然对数的底数,则下列不等关系中不正确的是( ACD )
A.ln 2> B.ln 3<
C.ln π> D.<
解:令g(x)=,则g′(x)=,当0<x<e时,g′(x)>0,当x>e时,g′(x)<0,所以g(x)在(0,e)上单调递增,在(e,+∞)上单调递减.∵2<e,∴g(2)<g(e),即<=,∴ln 2<,故A错误.
∵e<3<π,∴g(e)>g(3)>g(π),
即=>>,
∴ln 3<,ln π<,>,故B正确,C、D错误.
16、(多选)已知函数f(x)的定义域为R,其导函数f′(x)的图象如图所示,则对于任意的x1,x2∈R(x1≠x2),下列结论正确的是( BD )
A.f(x)<0恒成立
B.(x1-x2)[f(x1)-f(x2)]<0
C.f>
D.f<
解:由导函数的图象可知,导函数f′(x)的图象在x轴下方,即f′(x)<0,故原函数为减函数,并且递减的速度是逐渐减慢.所以f(x)的示意图如图所示:
f(x)<0恒成立,没有依据,故A不正确;
B表示(x1-x2)与[f(x1)-f(x2)]异号,即f(x)为减函数,故B正确;
C,D左边的式子意义为x1,x2中点对应的函数值,即图中点B的纵坐标值,
右边式子代表的是函数值的平均值,即图中点A的纵坐标值,显然有左边小于右边,故C不正确,D正确.
二、填空题
17、函数f(x)=ln x-x2的单调递增区间为________.
18、若函数f(x)=x3-x2+ax+4的单调递减区间为[-1,4],则实数a的值为___-4_____.
解:f′(x)=x2-3x+a,且f(x)的单调递减区间为[-1,4],∴f′(x)=x2-3x+a≤0的解集为[-1,4], ∴-1,4是方程f′(x)=0的两根,则a=(-1)×4=-4.
19、若函数f(x)=ax3+3x2-x恰好有三个单调区间,则实数a的取值范围是___(-3,0)∪(0,+∞)_____.
解:f′(x)=3ax2+6x-1,由题意得解得a>-3且a≠0.
20、已知函数f(x)=ln x-ax2-2x(a≠0)在[1,4]上单调递减,则a的取值范围是___∪(0,+∞)_____.
解:∵f(x)在[1,4]上单调递减,
∴当x∈[1,4]时,f′(x)=-ax-2≤0恒成立,即a≥-恒成立.
设G(x)=-,x∈[1,4],
∴a≥G(x)max,而G(x)=-1,
∵x∈[1,4],∴∈,
∴G(x)max=-,
∴a≥-,又a≠0,
∴a的取值范围为∪(0,+∞).
21、已知a>0,若f(x)=xeax,则函数f(x)的单调递增区间是________.
解:由f(x)=xeax,得f′(x)=(1+ax)eax,因为a>0,所以令f′(x)=(1+ax)eax>0,解得x>-,所以函数f(x)的单调递增区间为.
22、设函数f′(x)是奇函数f(x)(x∈R)的导函数,f(-1)=0,当x>0时,xf′(x)-f(x)<0,则使得f(x)>0成立的x的取值范围是___(-∞,-1)∪(0,1)_____.
解:因为f(x)(x∈R)为奇函数,f(-1)=0,
所以f(1)=-f(-1)=0.
当x≠0时,令g(x)=,
则g(x)为偶函数,g(1)=g(-1)=0.
则当x>0时,g′(x)=′
=<0,
故g(x)在(0,+∞)上单减,在(-∞,0)上单增.
所以在(0,+∞)上,当0<x<1时,g(x)>g(1)=0,得>0,所以f(x)>0;
在(-∞,0)上,当x<-1时,由g(x)<g(-1)=0,得<0,所以f(x)>0.
综上知,使得f(x)>0成立的x的取值范围是(-∞,-1)∪(0,1).
23、已知偶函数f(x)(x≠0)的导函数为f′(x),且满足f(-1)=0,当x>0时,2f(x)>xf′(x),则使得f(x)>0成立的x的取值范围是____(-1,0)∪(0,1)____.
解:构造F(x)=,则F′(x)=,当x>0时,xf′(x)-2f(x)<0,可以推出当x>0时,F′(x)<0,F(x)在(0,+∞)上单调递减.∵f(x)为偶函数,x2为偶函数,∴F(x)为偶函数,∴F(x)在(-∞,0)上单调递增.根据f(-1)=0可得F(-1)=0,根据函数的单调性、奇偶性可得函数图象(图略),根据图象可知f(x)>0的解集为(-1,0)∪(0,1).
24、已知定义在R上的函数f(x),其导函数为f′(x),f′(x)>2,f(2)=4,则不等式xf(x-1)>2x2-2x的解集为___(-∞,0)∪(3,+∞)_____.
解:设F(x) =f(x)-2x.
则F′(x)=f′(x)-2,因为f′(x)>2,所以F′(x)=f′(x)-2>0恒成立,所以函数F(x)在R上单调递增,又f(2)=4,所以F(2)=f(2)-2×2=4-2×2=0.不等式xf(x-1)>2x2-2x可转化为x[f(x -1)-2(x - 1)]>0,
即xF(x-1)>0,所以
或解得或即x>3或x<0,所以不等式xf(x-1)>2x2-2x的解集为(-∞,0)∪(3,+∞).
25、已知函数f(x)=a ln x-sin x+x在(0,+∞)上单调递增,则实数a的取值范围为____[0,+∞)____.
解:f′(x)=-cos x+1(x>0).
若a≥0,因为x>0,1-cos x≥0,所以f′(x)≥0,所以f(x)在(0,+∞)上单调递增,符合要求.
若a<0,则当x∈时,<-2,从而f′(x)<-2-cos x+1=-(1+cos x)≤0,
所以f(x)在上单调递减,不符合要求.
综上,a的取值范围是[0,+∞).
26、已知定义域为R的偶函数f(x)的导函数为f′(x),当x<0时,xf′(x)-f(x)<0.若a=,b=,c=,则a,b,c的大小关系是___c<a<b_____.
解:设g(x)=,
则g′(x)=,
又当x<0时,xf′(x)-f(x)<0,
所以g′(x)<0,即函数g(x)在区间(-∞,0)内单调递减.因为f(x)为R上的偶函数,所以g(x)为(-∞,0)∪(0,+∞)上的奇函数,所以函数g(x)在区间(0,+∞)内单调递减.由0<ln 2<e<3,可得g(3)<g(e)<g(ln 2),即c<a<b.
三、解答题
27、讨论函数f(x)=-x+aln x的单调性.
解:f(x)的定义域为(0,+∞),
f′(x)=--1+=-.
设y=x2-ax+1,其图象过定点(0,1),开口向上,对称轴为x=,
①当≤0,即a≤0时,f′(x)≤0,∴f(x)在(0,+∞)上单调递减;
②当>0,即a>0时,
令x2-ax+1=0,Δ=a2-4,
(ⅰ)当Δ≤0,即0<a≤2时,f′(x)≤0,f(x)在(0,+∞)上是减函数.
故a≤2时,f(x)在(0,+∞)上是减函数.
(ⅱ)当Δ>0,即a>2时,令f′(x)=0,得
x=或x=.
当x∈∪时,f′(x)<0;
当x∈时,f′(x)>0.
所以f(x)在,
上单调递减,
在上单调递增.
28、已知g(x)=2x+ln x-.
(1)若函数g(x)在区间[1,2]内单调递增,求实数a的取值范围;
(2)若g(x)在区间[1,2]上存在单调递增区间,求实数a的取值范围.
解:(1)g(x)=2x+ln x-(x>0),
g′(x)=2++(x>0).
∵函数g(x)在[1,2]上单调递增,
∴g′(x)≥0在[1,2]上恒成立,
即2++≥0在[1,2]上恒成立,
∴a≥-2x2-x在[1,2]上恒成立,
∴a≥(-2x2-x)max,x∈[1,2].
在[1,2]上,(-2x2-x)max=-3,
所以a≥-3.
∴实数a的取值范围是[-3,+∞).
(2)g(x)在[1,2]上存在单调递增区间,
则g′(x)>0在[1,2]上有解,
即a>-2x2-x在[1,2]上有解,
∴a>(-2x2-x)min,
又(-2x2-x)min=-10,∴a>-10.
29、已知函数f(x)=ex ln (1+x).
(1)求曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程;
(2)设g(x)=f′(x),讨论函数g(x)在[0,+∞)上的单调性.
解:(1)由题意,得f′(x)=ex·ln (1+x)+ex·=ex,
故f′(0)=e0·=1,f(0)=e0ln (1+0)=0,
因此,曲线y=f(x)在(0,f(0))处的切线方程为y=x.
(2)由(Ⅰ),g(x)=f′(x)=ex>0,x∈[0,+∞),
则g′(x)=ex·,
设h(x)=ln (1+x)+-,x∈[0,+∞),
则h′(x)=-+=>0,
故h(x)在[0,+∞)上递增,
故h(x)≥h(0)=1>0,
因此g′(x)>0对任意x∈[0,+∞)恒成立,
故g(x)在[0,+∞)上单调递增;
另解:g′(x)=ex·
=ex·
=ex·,
由于x∈[0,+∞),故ln (1+x)≥0,>0,≥0,
因此,g′(x)>0对任意x∈[0,+∞)恒成立,
故g(x)在[0,+∞)上单调递增.
30、已知函数f(x)=ax2+ln x,其中a∈R.
(1)求f(x)的单调区间;
(2)若f(x)在(0,1]上的最大值是-1,求a的值.
解:(1)f′(x)=,x∈(0,+∞),
当a≥0时,f′(x)>0,从而函数f(x)在(0,+∞)上单调递增;
当a<0时,令f′(x)=0,
解得x=.
此时,f(x)与f′(x)的情况如下:
x
f′(x) + 0 -
f(x) 单调递增 f 单调递减
所以f(x)的单调递增区间是;
单调递减区间是.
(2)①当a≥0时,由(1)得函数f(x)在(0,1]上的最大值为f(1)=.
令=-1,得a=-2,这与a≥0矛盾,舍去a=-2.
②当-1≤a<0时, ≥1,由(1)得函数f(x)在(0,1]上的最大值为f(1)=.
令=-1,得a=-2,这与-1≤a<0矛盾,舍去a=-2.
③当a<-1时,0< <1,由(1)得函数f(x)在(0,1]上的最大值为f.
令f=-1,
解得a=-e,满足a<-1.
综上,当f(x)在(0,1]上的最大值是-1时,
a=-e.5.3.1函数的单调性强化训练
一、选择题
1、函数y=f(x)的导函数y=f′(x)的图象如图所示,则函数y=f(x)的图象可能是( )
2、下列函数中,在(0,+∞)内为增函数的是( )
A.f(x)=sin 2x B.f(x)=xex
C.f(x)=x3-x D.f(x)=-x+ln x
3、函数f(x)=2x2-ln x的单调递减区间是( )
A. B.
C. D.∪
4、已知函数f(x)=xex-,则( )
A.f(x)是奇函数,且在(-∞,0)上单调递减
B.f(x)是奇函数,且在(-∞,0)上先递减再递增
C.f(x)是偶函数,且在(-∞,0)上单调递减
D.f(x)是偶函数,且在(-∞,0)上先递减再递增
5、若函数f(x)的定义域为R,其导函数为f′(x).若f′(x)-3<0恒成立,f(-2)=0,则f(x)-3x<6的解集为( )
A.(-∞,-2) B.(-2,2)
C.(-∞,2) D.(-2,+∞)
6、对于R上可导的任意函数f(x),若满足≤0,则必有( )
A.f(0)+f(2)>2f(1) B.f(0)+f(2)≤2f(1)
C.f(0)+f(2)<2f(1) D.f(0)+f(2)≥2f(1)
7、已知函数f(x)=ln x+ax在函数g(x)=x2-2x+b的单调递增区间上也单调递增,则实数a的取值范围是( )
A.(-∞,-1] B.[0,+∞)
C.(-∞,-1]∪[0,+∞) D.(-1,0]
8、已知函数f(x)=ax2-4ax-ln x,则f(x)在(1,4)上不单调的一个充分不必要条件可以是( )
A.a>- B.0
C.a>或-
9、已知函数f(x)=x3-4x+2ex-2e-x,其中e为自然对数的底数,若f(a-1)+f(2a2)≤0,则实数a的取值范围是( )
A.(-∞,-1] B.
C. D.
10、若函数f(x)=x-sin 2x+asin x在(-∞,+∞)上单调递增,则a的取值范围是( )
A.[-1,1] B.
C. D.
11、直线y=ax+b为函数f(x)=ln x-图象的一条切线,则2a+b的最小值为( )
A.ln 2 B.ln 2-
C.1 D.2
12、已知函数f(x)=,若m
A.3-2ln 2 B.3+2ln 2
C.2+2ln 3 D.2-3ln 2
13、如果存在函数g(x)=ax+b(a,b为常数),使得对函数f(x)定义域内任意的x都有f(x)≤g(x)成立,那么g(x)为函数f(x)的一个“线性覆盖函数”.已知f(x)=-2x ln x-x2,g(x)=-ax+3,若g(x)为函数f(x)在区间(0,+∞)上的一个“线性覆盖函数”,则实数a的取值范围是( )
A.(-∞,0] B.(-∞,2]
C.(-∞,4] D.(-∞,6]
14、(多选)已知函数f(x)=x ln (1+x),则( )
A.f(x)在(0,+∞)上单调递增
B.f(x)有两个零点
C.曲线y=f(x)在点处切线的斜率为-1-ln 2
D.f(x)是偶函数
15、已知e是自然对数的底数,则下列不等关系中不正确的是( )
A.ln 2> B.ln 3<
C.ln π> D.<
16、(多选)已知函数f(x)的定义域为R,其导函数f′(x)的图象如图所示,则对于任意的x1,x2∈R(x1≠x2),下列结论正确的是( )
A.f(x)<0恒成立
B.(x1-x2)[f(x1)-f(x2)]<0
C.f>
D.f<
二、填空题
17、函数f(x)=ln x-x2的单调递增区间为________.
18、若函数f(x)=x3-x2+ax+4的单调递减区间为[-1,4],则实数a的值为________.
19、若函数f(x)=ax3+3x2-x恰好有三个单调区间,则实数a的取值范围是________.
20、已知函数f(x)=ln x-ax2-2x(a≠0)在[1,4]上单调递减,则a的取值范围是_______.
21、已知a>0,若f(x)=xeax,则函数f(x)的单调递增区间是________.
22、设函数f′(x)是奇函数f(x)(x∈R)的导函数,f(-1)=0,当x>0时,xf′(x)-f(x)<0,则使得f(x)>0成立的x的取值范围是________.
23、已知偶函数f(x)(x≠0)的导函数为f′(x),且满足f(-1)=0,当x>0时,2f(x)>xf′(x),则使得f(x)>0成立的x的取值范围是________.
24、已知定义在R上的函数f(x),其导函数为f′(x),f′(x)>2,f(2)=4,则不等式xf(x-1)>2x2-2x的解集为________.
25、已知函数f(x)=a ln x-sin x+x在(0,+∞)上单调递增,则实数a的取值范围为_______.
26、已知定义域为R的偶函数f(x)的导函数为f′(x),当x<0时,xf′(x)-f(x)<0.若a=,b=,c=,则a,b,c的大小关系是________.
三、解答题
27、讨论函数f(x)=-x+aln x的单调性.
28、已知g(x)=2x+ln x-.
(1)若函数g(x)在区间[1,2]内单调递增,求实数a的取值范围;
(2)若g(x)在区间[1,2]上存在单调递增区间,求实数a的取值范围.
29、已知函数f(x)=ex ln (1+x).
(1)求曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程;
(2)设g(x)=f′(x),讨论函数g(x)在[0,+∞)上的单调性.
30、已知函数f(x)=ax2+ln x,其中a∈R.
(1)求f(x)的单调区间;
(2)若f(x)在(0,1]上的最大值是-1,求a的值.
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同课章节目录
第四章 数列
4.1 数列的概念
4.2 等差数列
4.3 等比数列
4.4* 数学归纳法
第五章 一元函数的导数及其应用
5.1 导数的概念及其意义
5.2 导数的运算
5.3 导数在研究函数中的应用
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