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8.6 空间直线、平面垂直 选择题
一、选择题
1.(2023高一下·汕尾期末)已知直线,,和平面,则下列命题正确的是( )
A.若,,则
B.若,,,,则
C.若,,,,则
D.若,,则
2.(2023高二上·梅河口开学考)在空间中,l,m是不重合的直线,,是不重合的平面,则下列说法正确的是( )
A.若,,,则
B.若,,则
C.若,,,则
D.若,,,则
3.已知直线,与平面,,下列四个命题中正确的是( )
A.若,,,,则
B.若,,,则
C.若,,,则
D.若直线上存在两点到平面的距离相等,则
4.(2023高一下·绍兴期末)设m,n是不同的直线,是不同的平面,则下列命题正确的是( )
A.,则 B.,则
C.,则 D.,则
5.(2023高一下·浙江期中)已知、是两条不同的直线,、、是三个不同的平面.下列说法中错误的是( )
A.若,,,则
B.若,,则
C.若,,,则
D.若,,,则
6.已知长方体的棱,,,点P,Q分别是线段,上的动点(不包含端点),则下列说法正确的是( )
A.对于任意一点Q,直线与直线是异面直线
B.对于任意一点Q,存在一点P,使得
C.对于任意一点P,存在一点Q,使得
D.以上说法都不正确
7.(2023·黄浦模拟)如图.与都是等腰直角三角形.其底边分别为BD与BC,点E、F分别为线段BD、AC的中点.设二面角的大小为,当在区间内变化时、下列结论正确的是( )
A.存在某一值.使得 B.存在某一值.使得
C.存在某一值.使得 D.存在某一值,使得
8.(2023·金山模拟)如图,在矩形ABCD中,E、F分别为边AD、BC上的点,且,,设P、Q分别为线段AF、CE的中点,将四边形ABFE沿着直线EF进行翻折,使得点A不在平面CDEF上,在这一过程中,下列关系不能恒成立的是( )
A.直线直线CD B.直线直线ED
C.直线直线PQ D.直线平面
9.(2023·浦东模拟)在空间中,下列命题为真命题的是( ).
A.若两条直线垂直于第三条直线,则这两条直线互相平行;
B.若两个平面分别平行于两条互相垂直的直线,则这两个平面互相垂直;
C.若两个平面垂直,则过一个平面内一点垂直于交线的直线与另外一个平面垂直;
D.若一条直线平行于一个平面,另一条直线与这个平面垂直,则这两条直线互相垂直.
10.(2022·南阳模拟)如图,已知正三棱柱的各条棱长都相等,是侧棱的中点,是的中点,则( )
A. B.平面
C.平面 D.
11.(2023高三下·鄠邑)已知,,为三条不同的直线,,为两个不同的平面,则下列结论中正确的是( )
A.,, B.,
C., D.,
12.在空间中,是不重合的直线,是不重合的平面,则下列说法正确的是( )
A.若,则
B.若,则
C.若,,则
D.若,则
13.已知平面,直线,直线不在平面内,下列说法正确的是( )
A.若,则 B.若,则
C.若,则 D.若,则
14.(2023高二上·吉林开学考)已知空间中三个互不相同的平面、、,两条不同的直线a、b,下列命题正确的是( )
A.若,,则
B.若,,,则
C.若,,,则
D.若,,则
15.(2023高一下·保山期末)已知m,n是不同的直线,,是不同的平面,下列命题中,正确的是( )
A.若∥,∥,则∥
B.若,,则
C.若,∥,且,则
D.若,,且,则
16.(2023高二下·长春期中)如图,已知六棱锥的底面是正六边形,平面,则下列结论正确的是( )
A. B.平面平面
C.直线平面 D.直线平面
17.(2023高二上·如皋期末)如图,在直三棱柱中,,为的中点,为棱的中点,则下列结论不正确的是( )
A. B.//平面
C. D.//平面
18.(2022高二上·阳江期中)如图,直三棱柱的所有棱长都相等,D、E分别是BC、的中点,下列说法中正确的是( )
A.
B.平面
C.与DE是相交直线
D.异面直线与所成角的余弦值为
19.(2022高三上·江西月考)如图,在正四棱锥中,,,分别是,,的中点,动点在线段上运动时,下列四个结论:①;②;③平面;④平面,其中恒成立的为( )
A.①③ B.③④ C.①② D.②③④
20.(2022高二上·南阳)如图,正三棱柱中,,分别是的中点,则下列说法中正确的是( )
A.与是相交直线
B.平面
C.异面直线与所成角的余弦值为
D.
21.(2022高二上·山西期中)如图,平行六面体的体积为,,,底面边长均为4,且,M,N,P分别为AB,,的中点,则( )
A. B.平面BDN
C. D.平面MNC
22.(2022高二上·辽宁月考)已知,是两个不重合的平面,,是两条不重合的直线, 则下列命题不正确的是( )
A.若,,则
B.若,,,则
C.若,,则
D.若,,,则
23.(2022高一下·河南期末)已知m,n是两条不同直线,,,是三个不同的平面,则下列四个命题中正确的是( )
A.若,,则
B.若,,则
C.若,,则
D.若m,n是异面直线,且,,,则
24.(2023高一下·天河期末)以下说法错误的是( )
A.已知平面,,满足,,则
B.已知直线a、l,平面,满足,,,则
C.如果空间中两个角的两条边分别对应平行,则这两个角相等
D.用一个平面去截一个正方体,截面图形有可能是等边三角形,不可能是直角三角形
25.(2023·吉林模拟)已知直线与平面,,,能使的充分条件是( )
A., B.,
C., D.,,
26.(2023·包头模拟)如图,在正方体中,分别为所在棱的中点,为下底面的中心,则下列结论中正确的是( )
①平面平面
②
③
④平面
A.①② B.①②④ C.②③④ D.①④
27.(2023·咸阳模拟)已知m,n是两条不同的直线,α,β是两个不同的平面,有以下四个命题:
①若,,则②若,,则③若,,则④若,,,则
其中正确的命题是( )
A.②③ B.②④ C.①③ D.①②
28.(2023·菏泽模拟)如图,八面体的每一个面都是正三角形,并且四个顶点在同一平面内,下列结论:①平面;②平面平面;③;④平面平面,正确命题的个数为( )
A.1 B.2 C.3 D.4
29.(2023·蚌埠模拟)设,是两个不同的平面,a,b是两条不同的直线,下列说法正确的是( )
A.若,,,则
B.若,,,则
C.若,,,则
D.若,,,则
30.(2020高二上·舟山期末)在空间中,设 是不同的直线, 表示不同的平面,则下列命题正确的是 ( )
A.若 ,则
B.若 ,则
C.若 ,则
D.若 ,则
答案解析部分
1.【答案】B
【解析】【解答】解:对A:若,,则或 ,故A错误;
对B:若,,,,则,故B正确;
对C:若,,,,根据线面垂直的判定定理可知:当且仅当相交时,才可得,故C错误;
对D:若,则或 ,故D错误.
故答案为:B.
【分析】根据空间中线面关系结合平行、垂直关系逐项分析判断.
2.【答案】D
【解析】【解答】A、 若,, ,则或,是异面直线,A错误;
B、若,,则或,B错误;
C、若,,,则或,C错误;
D、若,,,则, D正确。
故答案为:D
【分析】根据线面的平行与垂直性质与判定判断选项。
3.【答案】B
【解析】【解答】对于A: 若,,, ,
由线面垂直的判定定理可知:当a、b相交才有,故A错误;
对于B:若,则 ,故B正确;
对于C:若 ,, ,则的位置关系有:平行、相交和异面,故C错误;
对于D,若直线a上存在两点到平面α的距离相等,则的位置关系有:平行、相交和直线在平面内,故D错误.
故答案为:B.
【分析】对A:根据线面垂直的判定定理分析判断;对于B:根据面面垂直的性质分析判断;对于C:根据面面位置关系分析判断;对于D:根据线面位置关系分析判断.
4.【答案】D
5.【答案】B
【解析】【解答】对于A:若,,,根据线面平行的性质定理可得,A符合题意;
对于B:若,,则或,即B不符合题意;
对于C:设、的法向量分别为、,若,则,,又,,则,,所以,即C符合题意;
对于D:若,,则,又,则,即D符合题意.
故答案为:B
【分析】利用已知条件结合线线平行的判断方法、线面平行的判定定理、线面垂直的判定定理、面面平行的判定定理,进而找出错误说法的选项。
6.【答案】B
【解析】【解答】对于A,当点Q为中点时,直线即直线 ,与共面,A不符合题意;
对于B,当时,与相似,,所以,
因为平面,平面,所以,
因为,平面,平面,
所以平面,平面,所以,B符合题意;
对于C,长方体中,平面,平面,所以对任意点P,,
而与不平行,所以不存在Q,使得对任意点P,,C不符合题意;
对于D,B选项正确,所以D不符合题意.
故答案为:B.
【分析】根据长方体的结构特征,逐项进行判断,可得答案.
7.【答案】D
【解析】【解答】如图所示:
在等腰三角形中,设,则,E为BD的中点,连接AE,CE,则,
A. 假设存在某一值.使得,又,,则平面,则,又,则,矛盾,故错误;
B.假设存在某一值.使得,又,则平面,则,即,又,,则平面,则平面平面,矛盾,故错误;
C.假设存在某一值.使得,又,则平面,则,在中,,F为AC的中点,因为为非等腰三角形,所以不成立,故错误;
D.假设存在某一值,使得,又,则平面,则,又,则平面,因为,则平面平面,所以,故正确,
故答案为:D
【分析】由直线与平面垂直的判定与性质结合反证法思想可判断A、B、C;取时,可判断D.
8.【答案】B
【解析】【解答】在矩形ABCD中,,,
可得四边形和都为矩形,
所以,,翻折后仍然成立,
所以直线直线,A符合题意;
翻折前,,翻折后直线和直线ED为异面直线,B不符合题意;
设中点为H,连接,,
因为P、Q分别为线段AF、CE的中点,
所以,,而,,,
所以,,
又,平面,平面,
所以平面,
又平面,所以,C符合题意;
连接,,
因为P、Q分别为线段AF、CE的中点,
所以,
又平面,平面,
所以平面,D符合题意.
故答案为:B.
【分析】由,,可得四边形和都为矩形,进而得,,可判断A;根据异面直线的定义可判断B;设中点为H,连接,,由P、Q分别为线段AF、CE的中点,可得,,可得平面,可判断C;连接,,可得,进而证明平面,可判断D.
9.【答案】D
【解析】【解答】A选项,若两条直线垂直于第三条直线,则这两条直线异面,平行或相交,
如图1,直线⊥,⊥,但与异面,A不符合题意;
B选项,如图2,,,则,
故两个平面分别平行于两条互相垂直的直线,则这两个平面不一定垂直,B不符合题意;
C选项,如图3,平面与平面垂直,交线为,
则过平面内一点的直线m垂直于交线,但m与另外一个平面平行,C不符合题意;
D,如图4,直线,直线⊥,则,理由如下:
因为,,,所以,
因为⊥,,所以⊥,故,证毕.
若一条直线平行于一个平面,另一条直线与这个平面垂直,则这两条直线互相垂直,D符合题意
故答案为:D
【分析】利用已知条件结合线线平行的判断方法、面面垂直的判定定理、线面垂直的判定定理、线线垂直的判断方法,进而找出真命题的选项。
10.【答案】D
【解析】【解答】因为与异面,所以A项错误;
因为的延长线必过点,所以B项错误;
因为与不垂直,所以C项错误;
取的中点,连接,在正方形中,与全等,可得,
连接,则,又平面底面,所以平面,
因为平面,所以,
又,所以平面,
因为平面,所以.
故答案为:D.
【分析】由两条直线的位置关系可判断A;由线面的位置关系可判断B;由线面垂直的性质可判断C;由线面垂直的判定与性质可判断D.
11.【答案】D
【解析】【解答】若,,,则与可能平行,也可能异面,A不符合题意,
若,,则或,B不符合题意 误.
若,,则或,C不符合题意.
若,,易得,D符合题意.
故答案为D.
【分析】根据线面平行、线面垂直和线线垂直的判定定理,逐项进行判断,可得答案.
12.【答案】D
【解析】【解答】解:对于A: 若, 则 或 相交或异面,故A错误;
对于B: 若,则 或,故B错误;
对于C: 若,, 因为没有 是否在平面内,
根据面面垂直的性质定理无法判断与平面的位置关系,故C错误;
对于D: 若,则,故D正确;
故答案为:D.
【分析】根据空间中平行、垂直关系逐项分析判断.
13.【答案】B
【解析】【解答】解:A、若,,,又, 或与是异面直线,A错误;
B、若,则,又,,B正确;
C、,又,,又,或,C错误;
D、,,则,又,,或与相交不一定垂直,D错误.
故答案为:B.
【分析】A、若,则 或与是异面直线,判断A;B、利用线面垂直的性质判断B;C、若,,则或,判断C;D、若,,则或与相交不一定垂直,判断D.
14.【答案】B
【解析】【解答】解:对于A: 若,,则或 与相交,故A错误;
对于B: 若, ,则,且 ,所以 ,故B正确;
对于C: 若,,,则b与β可能相交也可能平行,故C错误;
对于D: 若,,则或 与相交,故D错误;
故答案为:B.
【分析】根据空间中线、面位置关系逐项分析判断.
15.【答案】D
【解析】【解答】解: 若m//a,n//a,可得m与n相交、平行或异面,故A错误;
若,,可得m//n,故B错误;
若,∥,且,可得a与β平行或相交,故C错误;
若,,且,可得a⊥β,故D正确.
故答案为:D.
【分析】 利用线面垂直的性质,面面垂直的判定以及面面平行的判定定理逐项进行判断,可得答案.
16.【答案】D
【解析】【解答】 由AD与PB在平面ABC内的射影AB不垂直,故A不正确;
过点A作PB的垂线,垂足为H,若平面PAB⊥平面PBC,则AH⊥平面PBC,故AH⊥BC,又PA⊥BC,得BC⊥平面PAB,则BC⊥AB,这与底面是正六边形不符,故B不正确;
若直线BC//平面PAE,则BC// AE,故BC与AE相交,故C不正确;
由PA⊥平面ABC,CD平面ABC,得CD⊥PA,
设AB=1,则AD=2,
故
即AC2+CD2 =AD2,则CD⊥AC,又PA∩AC=A,故直线CD⊥平面PAC,故D正确.
故选:D.
【分析】由AD与PB在平面ABC内的射影AB不垂直,得到PB与PA不垂直,可判断A;过点A作PB的垂线,垂足为H,若平面PAB⊥平面PBC,则BC⊥AB,这与底面是正六边形不符,可判断B;若直线BC//平面PAE,则BC// AE,得BC与AE相交,可判断C;由CD⊥PA, CD⊥AC,得到直线CD⊥平面PAC,可判断D.
17.【答案】B
【解析】【解答】不妨设棱柱的高为,.
B选项,根据棱柱性质,//,而平面,若//平面,无论怎样平移直线,都不会和平面只有一个交点,于是得到矛盾,B选项错误;
A选项,计算可得,,又为的中点,故(三线合一),A选项正确;
C选项,连接,根据平行四边形性质,过,计算可得,,又为的中点,故(三线合一),结合A选项,,,平面,故平面,由平面,故,棱柱的侧棱//,故,C选项正确;
D选项,取中点,连接,结合为的中点可知,为中位线,故//,且,即//,且,故四边形为平行四边形,故//,由平面,平面,故//平面,D选项正确.
故答案为:B
【分析】根据棱柱的结构特征,根据棱柱性质,//,得无论怎样平移直线,都不会和平面只有一个交点,可判断B;计算可得,,故(三线合一),可判断A;只需证明平面,棱柱的侧棱//,得,可判断C;取中点,连接,只需证明//,即可证明//平面,可判断D.
18.【答案】D
【解析】【解答】①取中点为,连接、,
假设,又易知,,∴平面,
∴,
∵为等边三角形,∥,,即与不垂直,故假设不成立,A选项错误;
②连接,则,
又,平面,∴平面,
即与平面至少有一个公共点,故与平面必不平行,B选项错误;
③∵平面,D平面,E平面,∴DE和是异面直线,C选项错误;
④连接、、,易知∥,∥,
∴为异面直线与所成角或其补角,
设三棱柱所有棱长均为2,
则,,
,
在△中,,
∵异面直线夹角范围是,
∴异面直线与所成角的余弦值为,D选项正确.
故答案为:D﹒
【分析】取中点为,连接、,假设,由此可得平面,可得,与不垂直,故假设不成立,可判断A;连接,显然与平面至少有一个公共点,可判断B;平面,D平面,E平面,据此可判断DE和是异面直线,可判断C;连接、、,为异面直线与所成角或其补角,利用余弦定理可求出异面直线与所成角的余弦值,可判断D.
19.【答案】A
【解析】【解答】如图所示,连接、相交于点,连接,.
在①中:由正四棱锥,可得底面,,∴.
∵,∴平面,
∵,,分别是,,的中点,
∴,,而,
∴平面平面,
∴平面,∴.故正确.
在②中:由异面直线的定义可知:与是异面直线,
不可能,因此不正确;
在③中:由①可知平面平面,∴平面,因此正确.
在④中:由①同理可得:平面,若平面,
则,与相矛盾,
因此当与不重合时,与平面不垂直.即不正确.
∴恒成立的结论是:①③.
故答案为:A.
【分析】由已知得SO⊥AC,AC⊥平面SBD,从而平面EMN//平面SBD,由此得到AC⊥EP,可判断①;由异面直线的定义可知EP与BD是异面直线,可判断②;由平面EMN//平面SBD,从而得到EP//平面SBD,可判断③;由已知得EM⊥平面SAC,从而得到EP与平面SAC不垂直,可判断④.
20.【答案】C
【解析】【解答】对于A,平面,平面,平面,
与是异面直线,A不符合题意;
对于B,连接,
直线,平面,平面,又直线,
直线平面,B不符合题意;
对于C,取的中点,连接,
,,四边形为平行四边形,;
分别为中点,,
异面直线与所成角即为或其补角;
设,则,,又,,
,
则异面直线与所成角的余弦值为,C符合题意;
对于D,取的中点,连接,
假设成立,
平面,平面,,
,平面,平面,
又平面,;
由已知可知:为等边三角形,又,
与不垂直,假设错误,D不符合题意.
故答案为:C.
【分析】根据异面直线的定义,可判断A;根据平面,又直线,可判断B;取的中点,根据平行四边形性质和三角形中位线性质,以及异面直线所成角定义可知所求角为或其补角,利用余弦定理可判断C;由线面垂直的判定与性质可知,显然不成立,可判断D.
21.【答案】D
【解析】【解答】先证明在底面上的射影在上:
过作平面,垂足为,
过作,垂足为;过作,垂足为.
连接.
由于平面,所以,
由于平面,所以平面,
由于平面,所以AD⊥A1F.
同理可证得.
由于,所以,
所以,
由于,所以,
所以,所以是的角平分线,
由于四边形是菱形,所以点在上,
也即在底面上的射影在上.
依题意,
由于,所以,
所以是的中点,也即,如下图所示,
则平面,由于平面,所以,
由于,所以两两相互垂直,
由此建立如图所示空间直角坐标系.
,
,
所以,,
,
A选项,由于不存在实数,使,所以不平行,A选项错误.
B选项,,所以与不垂直,所以与平面不垂直.
C选项,,所以与不垂直,C选项错误.
D选项,设平面的法向量为,
则,故可设,
所以,,
因为平面,所以平面,D选项正确.
故答案为:D
【分析】首先求出底面积,再根据棱柱的体积求出棱柱的高,依题意可得在底面上的射影在上,是的中点,以O为坐标原点建立直角坐标系,利用空间向量法逐项进行判断,可得答案.
22.【答案】B
【解析】【解答】若,,则一定有,A正确,不符合题意;
若,,,则,可能平行,也可能相交,B错误,符合题意;
若,,则一定有,C正确,不符合题意;
若,,,则,显然成立,D正确,不符合题意.
故答案为:B
【分析】根据线面位置关系的判定定理和性质定理,逐项判定,即可求解.
23.【答案】A
【解析】【解答】对于A,因为,,所以,所以A符合题意,
对于B,当,时,与可能平行,可能相交不垂直,也可能垂直,所以B不符合题意,
对于C,当,时,与可能垂直,可能平行,可能在平面内,所以C不符合题意,
对于D,当m,n是异面直线,且,,时,与平面可能平行,可能相交,所以D不符合题意,
故答案为:A
【分析】由线面平行,线面垂直,面面垂直的性质和判定分析判断即可.
24.【答案】C
【解析】【解答】C选项:如果空间中两个角的两条边分别对应平行,则这两个角相等或互补,所以C选项错误;
A选项:因为, 所以由面面垂直定理可知,. 所以A选项正确;
B选项: 因为, 所以由线线平行定理可知,, 因此B选项正确;
D选项: 用一个平面去截一个正方体,截面如果是三角形时候,一定是锐角三角形,可能是等边三角形,不可能是直角三角形. 因此D选项正确.
故选:C.
【分析】根据空间中两个角的两条对边分别平行,可知两个角相等或互补,故C选项错误;再根据面面垂直定理和线线平行定理,可知A和B正确;立方体图形求截面,画图可知截面为三角形时,最多为锐角三角形.
25.【答案】C
【解析】【解答】对于A,当,时,可能平行,可能相交,但不一定垂直,A不符合题意;
对于B,当,时,,B不符合题意;
对于C,,,根据面面垂直判定定理可知,C符合题意;
对于D,当,,时,,但相交但不一定垂直,
如图示:
D不符合题意;
故答案为:C
【分析】同时垂直于一个平面的两平面可能平行,从而判断A;同时垂直于一条直线的两平面可能平行,从而判断B;根据面面垂直的判定定理即可判断C;在a平面内存在垂直于a , β交线的直线,得不出,从而判断D.
26.【答案】B
【解析】【解答】由题知,在正方体中,分别为所在棱的中点,为下底面的中心,
如图,连接,
所以,,平面,
所以,
因为平面,
所以平面,
因为在中,分别为中点,
所以,
所以平面,
因为平面
所以平面平面,故①正确,
由题知,两两垂直,以为坐标原点,分别以所在直线为轴建立如图所示的空间直角坐标系,
设正方体棱长为2,
因为分别为所在棱的中点,为下底面的中心,
所以,
所以,
因为,
所以成立,不成立;故②正确,③错误;
又由①中得,,,
所以,
因为平面,平面,
所以平面,故④正确,
故答案为:B
【分析】 根据题意得,,平面,得,得BD⊥平面AA1C1,又由EF//BD,可判断①;对于②③,以为坐标原点,分别以所在直线为轴建立如图所示的空间直角坐标系,设正方体棱长为2,根据空间向量法即可判断②、③;由①中得,,得即可判断④.
27.【答案】A
【解析】【解答】若,,则或,命题①错误;
由面面垂直的判定定理可知,命题②正确;
垂直于同一条直线的两个平面互相平行,命题③正确;
若,,,则可能相交可能平行可能异面,不一定互相垂直,命题④错误.
故答案为:A
【分析】由,,得到或,可判定①错误;由面面垂直的判定定理可知,可判定②正确;由垂直于同一条直线的两个平面互相平行,可判定③正确;由,,,得到可能相交可能平行可能异面,可判定④错误.
28.【答案】D
【解析】【解答】以正八面体的中心为原点,分别为轴,建立如图所示空间直角坐标系,
设正八面体的边长为,则
所以,,
设面的法向量为,则,解得,取,即
又,所以,面,即面,①正确;
因为,所以,
又,面,面,则面,
由,平面,所以平面平面,②正确;
因为,则,所以,③正确;
易知平面的一个法向量为,平面的一个法向量为,
因为,所以平面平面,④正确;
故答案为:D
【分析】以正八面体的中心为原点,建立空间直角坐标系,设边长为,求得向量和平面的法向量为,结合,可判定①正确;由,利用洗那么平行的判定定理,证得面,进而证得平面平面,可判定②正确;根据,可判定③正确;分别求得平面和的法向量为和,根据,可判定④正确.
29.【答案】A
【解析】【解答】对于A,若,,,则,故正确;
对于B,若,,,则与相交或者,故错误;
对于C,若,,,则,故错误;
对于D,若,,,则与相交,不一定垂直,故错误.
故答案为:A
【分析】利用已知条件结合面面垂直的判定定理,从而找出说法正确的选项。
30.【答案】D
【解析】【解答】对于A,若 ,可得 或 ,A不符合题意;
对于B,若 ,可得 或 ,B不符合题意;
对于C,若 ,则 ,或 ,或 与 相交,C不符合题意;
对于D,若 ,则 ,正确.
故答案为:D.
【分析】根据线面关系基本定理举反例逐项进行判断,即可得出答案。
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