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第七章 概率
§2 古典概型
课标要求 核心素养
1.古典概型的计算方法.
2.运用古典概型计算概率.
3.在实际问题中建立古典概型模型.
4.能够利用互斥事件的概率公式,对立事件的概率公式求解概率问题. 1.明确古典概型的基本特征,根据实际问题构建概率模型,解决简单的实际问题.
2.注意区分有放回抽取(每次抽取之后被抽取的物体总数不变)与无放回抽取(每次抽取之后被抽取的物体总数减少).
3.当直接求某一事件的概率较为复杂时,可转化为求几个互斥事件的概率之和或其对立事件的概率,体验正难则反的思想.
必备知识 探新知
知识点1 随机事件的概率
对于一个随机事件A,我们通常用一个数P(A)(0≤P(A)≤1)来表示该事件发生的_________的大小,这个数就称为随机事件A的概率.概率度量了随机事件发生的_______________,是对随机事件统计规律性的_______刻画.
【批注】随机事件的特点
(1)一个事件可能是一个样本点,也可能是多个样本点;
(2)不可能事件的概率是0,必然事件的概率是1.
可能性
可能性的大小
数量
知识点2 古典概型
(1)定义:若试验E具有如下特征:
①有限性:试验E的样本空间Ω的样本点总数_______,即样本空间Ω为_______________;
②等可能性:每次试验中,样本空间Ω的各个样本点出现的可能性_______.
则称这样的试验模型为古典概率模型,简称古典概型.
有限
有限样本空间
相等
知识点3 互斥事件的概率加法公式
(1)在一个试验中,如果事件A和事件B是互斥事件,那么有P(A∪B)=______________.特别地,P(A)=____________.
(2)一般地,如果事件A1,A2,…,An两两互斥,那么有P(A1∪A2∪… ∪An)=_____________________________.
P(A)+P(B)
P(A1)+P(A2)+…+P(An)
关键能力 攻重难
●题型一 古典概型的判断
例1:下列试验是古典概型的是_________.
①从6名同学中选出4人参加数学竞赛,每人被选中可能性大小相等;
②同时掷两颗骰子,点数和为6的概率;
③近三天中有一天降雨的概率;
④10人站成一排,其中甲、乙相邻的概率.
[分析] 紧扣古典概型的两大特征——有限性与等可能性进行判断.
①②④
[解析] ①②④是古典概型,因为符合古典概型的特征.③不是古典概型,因为不符合等可能性,降雨受多方面因素影响.
[归纳提升]
归纳提升:
判断试验是不是古典概型,关键看是否符合两大特征——有限性和等可能性.
〉对点训练1
下列是古典概型的是( )
A.任意掷两枚骰子,所得点数之和作为基本事件时
B.求任意的一个正整数平方的个位数字是1的概率,将去除的正整数作为基本事件时
C.从甲地到乙地共n条路线,求某人正好选中最短路线的概率
D.抛掷一枚均匀硬币首次出现正面为止
[解析] A项中由于点数的和出现的可能性不相等,故A不是;B项中的基本事件是无限的,故B不是;C项满足古典概型的有限性和等可能性,故C是;D项中基本事件可能会无限个,故D不是.故选C.
●题型二 古典概型的概率计算
例2: 甲、乙两校各有3名教师报名支教,其中甲校2男1女,乙校1男2女.
(1)若从甲校和乙校报名的教师中各任选1名,写出所有可能的结果,并求选出的2名教师性别相同的概率;
(2)若从报名的6名教师中任选2名,写出所有可能的结果,并求选出的2名教师来自同一所学校的概率.
[分析] (1)要求2名教师性别相同的概率,应先写出所有可能的结果,可以采用列举法求解.
(2)要求选出的2名教师来自同一所学校的概率,应先求出2名教师来自同一所学校的基本事件.
[解析] (1)甲校2名男教师分别用A,B表示,1名女教师用C表示;乙校1名男教师用D表示,2名女教师分别用E,F表示.
从甲校和乙校报名的教师中各任选1名的所有可能的结果为:(A,D),(A,E),(A,F),(B,D),(B,E),(B,F),(C,D),(C,E),(C,F),共9种.
从中选出2名教师性别相同的结果有:(A,D),(B,D),(C,E),(C,F),共4种,
(2)从甲校和乙校报名的6名教师中任选2名的所有可能的结果为:(A,B),(A,C),(A,D),(A,E),(A,F),(B,C),(B,D),(B,E),(B,F),(C,D),(C,E),(C,F),(D,E),(D,F),(E,F),共15种.
从中选出2名教师来自同一所学校的结果有:(A,B),(A,C),(B,C),(D,E),(D,F),(E,F),共6种,
[归纳提升]
归纳提升:
1.对于古典概型,任何事件A的概率为:
2.求古典概型概率的步骤为:
(1)判断是否为古典概型;
(2)算出基本事件的总数n;
(3)算出事件A中包含的基本事件个数m;
在运用公式计算时,关键在于求出m,n.在求n时,应注意这n种结果必须是等可能的,在这一点上比较容易出错.
3.对于事件总数较多的情况,在解题时,没有必要一一列举出来,只将我们解题需要的列举出来分析即可.
〉对点训练2
某旅游爱好者计划从3个亚洲国家A1,A2,A3和3个欧洲国家B1,B2,B3中选择2个国家去旅游.
(1)若从这6个国家中任选2个,求这2个国家都是亚洲国家的概率;
(2)若从亚洲国家和欧洲国家中各任选1个,求这2个国家包括A1但不包括B1的概率.
[解析] (1)由题意知,从6个国家中任选两个国家,其一切可能的结果组成的样本空间是:
{(A1,A2),(A1,A3),(A1,B1),(A1,B2),(A1,B3),(A2,A3),(A2,B1),(A2,B2),(A2,B3),(A3,B1),(A3,B2),(A3,B3),(B1,B2),(B1,B3),(B2,B3)},共15个.
所选两个国家都是亚洲国家的事件所包含的样本点有:
{(A1,A2),(A1,A3),(A2,A3)},共3个,
(2)从亚洲国家和欧洲国家中各任选一个,其一切可能的结果组成的样本空间:
{(A1,B1),(A1,B2),(A1,B3),(A2,B1),(A2,B2),(A2,B3),(A3,B1),(A3,B2),(A3,B3)},共9个.
包括A1但不包括B1的事件所包含的样本点有:
[归纳提升]
归纳提升:
(1)公式P(A∪B)=P(A)+P(B),只有当A、B两事件互斥时才能使用,如果A、B不互斥,就不能应用这一公式;(2)解决本题的关键是正确理解“A∪B”的意义.
〉对点训练3
经统计,在某储蓄所一个营业窗口等候的人数及相应的概率如下:
求:(1)至多2人排队等候的概率是多少?
(2)至少3人排队等候的概率是多少?
排队人数 0 1 2 3 4 5人及5人以上
概率 0.1 0.16 0.3 0.3 0.1 0.04
[解析] 记“无人排队等候”为事件A,“1人排队等候”为事件B,“2人排队等候”为事件C,“3人排队等候”为事件D,“4人排队等候”为事件E,“5人及5人以上排队等候”为事件F,则事件A,B,C,D,E,F两两互斥.
(1)记“至多2人排队等候”为事件G,则G=A∪B∪C,
所以P(G)=P(A∪B∪C)=P(A)+P(B)+P(C)=0.1+0.16+0.3=0.56.
(2)方法一:记“至少3人排队等候”为事件H,则H=D∪E∪F,
所以P(H)=P(D∪E∪F)=P(D)+P(E)+P(F)=0.3+0.1+0.04=0.44.
方法二:记“至少3人排队等候”为事件H,则其对立事件为事件G,所以P(H)=1-P(G)=0.44.
●题型四 概率与统计的综合问题
例4:20名学生某次数学考试成绩(单位:分)的频率分布直方图如图:
(1)求频率分布直方图中a的值;
(2)根据频率分布直方图估计20名学生数学成绩的中位数(保留一位小数)和平均值(每组用组中值估计);
(3)从成绩在[50,70)的学生中任选2人,求此2人的成绩都在[60,70)中的概率.
[解析] (1)根据直方图知组距为10,由(2a+3a+7a+6a+2a)×10=1,解得a=0.005.
(2)由题图知,成绩在[50,60)中的频率为2×0.005×10=0.1;
成绩在[60,70)中的频率为3×0.005×10=0.15;
成绩在[70,80)中的频率为7×0.005×10=0.35;
成绩在[80,90)中的频率为6×0.005×10=0.3;
成绩在[90,100)中的频率为2×0.005×10=0.1;
中位数将频率直方图分成1∶1两部分,设中位数为x,由0.1+0.15<0.5,0.1+0.15+0.35>0.5,则x∈[70,80),
平均数为0.1×55+0.15×65+0.35×75+0.3×85+0.1×95=76.5.
(3)成绩落在[50,60)中的学生人数为2×0.005×10×20=2,
成绩落在[60,70)中的学生人数为3×0.005×10×20=3.记成绩落在[50,60)中的2人为A,B,成绩落在[60,70)中的3人为C,D,E,
[归纳提升]
归纳提升:解决古典概型有关问题的方法
解决古典概型有关问题时,把相关的知识转化为事件,列举样本点,求出样本点和样本空间,然后利用古典概型的概率计算公式进行计算.
〉对点训练4
(2023·北京卷节选)为研究某种农产品价格变化的规律,收集得到了该农产品连续40天的价格变化数据,如下表所示.在描述价格变化时,用“+”表示“上涨”,即当天价格比前一天价格高;用“-”表示“下跌”,即当天价格比前一天价格低;用“0”表示“不变”,即当天价格与前一天价格相同.
时段 价格变化
第1天到第20天 - + + 0 - - - + + 0 + 0 - - + - + 0 0 +
第21天到第40天 0 + + 0 - - - + + 0 + 0 + - - - + 0 - +
用频率估计概率.
(1)试估计该农产品价格“上涨”的概率;
(2)假设该农产品每天的价格变化只受前一天价格变化的影响.判断第41天该农产品价格“上涨”“下跌”和“不变”的概率估计值哪个最大.(结论不要求证明)
[解析] (1)根据表格数据可以看出,40天里,有16个+,也就是有16天是上涨的,
(2)由于第40天处于上涨状态,从前39次的15次上涨进行分析,上涨后下一次仍上涨的有4次,不变的有9次,下跌的有2次,
因此估计第41次不变的概率最大.
●易错警示 对有序与无序判断不准而致错
例5:甲、乙两人参加普法知识竞赛,共有5道不同的题目,其中3道选择题,2道填空题,甲、乙两人依次抽取1道题.求甲抽到选择题、乙抽到填空题的概率.
[辨析] 错解中忽略了甲、乙两人依次抽取1道题与顺序有关,甲从5道题中任抽1道题有5种方法,乙从剩下的4道题中任抽1道题有4种方法,所以基本事件总数应为20.
[点评] 在计算基本事件的总数时,若分不清“有序”和“无序”,将会出现“重算”或“漏算”的错误.突破这一思维障碍的方法是交换次序,看是否对结果造成影响,有影响是“有序”,无影响是“无序”.
课堂检测 固双基
1.下列试验中是古典概型的是( )
A.在适宜的条件下,种下一粒大豆,观察它是否发芽
B.口袋里有2个白球和2个黑球,这4个球除颜色外完全相同,从中任取一球
C.向一个圆面内随机地投一个点,该点落在圆内任意一点都是等可能的
D.射击运动员向一靶心进行射击,试验结果为命中10环,命中9环,…,命中0环
[解析] 根据古典概型的特点,A项中,种子发芽与否的概率不相等;B项中,摸到每个球的概率相等,且只有4球;C项中,点落在圆内的结果数量是无限的;D项中,射击命中环数的概率不一定相等.故只有B项是古典概型.故选B.
2.甲、乙、丙三名同学站成一排,甲站在中间的概率是( )
3.从甲、乙等5名学生中随机选出2人,则甲被选中的概率为( )
4.甲、乙、丙三人玩传球游戏,开始由甲发球,传球三次后,球又回到甲手中的概率是______.第七章 §2
素养作业 提技能
A组·基础自测
一、选择题
1.下列关于古典概型的说法正确的是( D )
①试验中所有可能出现的样本点只有有限个;②每个事件出现的可能性相等;③每个样本点出现的可能性相等;④样本点的总数为n,随机事件A若包含k个样本点,则P(A)=.
A.②④ B.②③④
C.①②④ D.①③④
[解析] 由古典概型的概念可知:试验中所有可能出现的基本事件只有有限个,故①正确;由古典概型的概念可知:每个基本事件出现的可能性相等,故②错误;由古典概型的概念可知:每个样本点出现的可能性相等,故③正确;基本事件总数为n,随机事件A若包含k个基本事件,则由古典概型及其概率计算公式知P(A)=,故④正确.故选D.
2.若某群体中的成员只用现金支付的概率为0.45,既用现金支付也用非现金支付的概率为0.15,则不用现金支付的概率为( B )
A.0.3 B.0.4
C.0.6 D.0.7
[解析] 设“只用现金支付”为事件A,“既用现金支付也用非现金支付”为事件B,“不用现金支付”为事件C,则P(C)=1-P(A)-P(B)=1-0.45-0.15=0.4.故选B.
3.同时抛掷2枚质地均匀的硬币,则“两枚硬币均为正面向上”的概率是( A )
A. B.
C. D.
[解析] 同时掷两枚质地均匀的硬币,基本事件有:(正,正),(正,反),(反,正),(反,反),共4种,出现两枚正面朝上包含的基本事件只有1种:(正,正),则两枚硬币均为正面向上的概率P=.故选A.
4.为美化环境,从红、黄、白、紫4种颜色的花中任选两种花种在一个花坛中,余下的两种花种在另一个花坛中,则红色和紫色的花不在同一花坛的概率是( C )
A. B.
C. D.
[解析] 从红、黄、白、紫4种颜色的花中任选两种花种在一个花坛中,余下的两种花种在另一个花坛中,所有不同的种法有(红,黄),(红,白),(红,紫),(黄,白),(黄,紫),(白,紫),共6种方法,其中,红色和紫色的花不在同一花坛的种法有(红,黄),(红,白),(黄,紫),(白,紫)4种方法,所以所求的概率为=.故选C.
5.如图八面体中,有公共边的两个面称为相邻的面,若从八个面中随机选取两个面,则这两个面不相邻的概率为( C )
A. B.
C. D.
[解析] 结合题意,每个面相邻的面有3个,不相邻的面有4个,故随机取2个面,不相邻的概率为:=.故选C.
6.四条线段的长度分别是1,3,5,7,从这四条线段中任取三条,则所取出的三条线段构成一个三角形的概率是( A )
A. B.
C. D.
[解析] 从长度分别是1,3,5,7的四条线段中任取三条,所得基本事件有(1,3,5),(1,3,7),(1,5,7),(3,5,7)共4个,所取出的三条线段能构成一个三角形的基本事件有(3,5,7),∴所求概率为.故选A.
二、填空题
7.有1号、2号、3号共3个信箱和A,B,C,D共4封信,若4封信可以任意投入信箱,投完为止,其中A信投入1号或2号信箱的概率是 .
[解析] 由于每封信可以任意投入信箱,对于A信,投入各个信箱的可能性是相等的,一共有3个样本点.投入1号或2号信箱有2个样本点,故A信投入1号或2号信箱的概率为.
8.某兴趣小组有2名男生和3名女生,现从中任选2名学生去参加活动,则恰好选中2名女生的概率为 .
[解析] 设2名男生为a,b,3名女生为A,B,C,从中选出2人的情况有(a,b),(a,A),(a,B),(a,C),(b,A),(b,B),(b,C),(A,B),(A,C),(B,C),共10种,而都是女生的情况有(A,B),(A,C),(B,C),共3种,故所求概率为.
9.从3名男同学和2名女同学中任选2名同学参加志愿者服务,则选出的2名同学中至少有1名女同学的概率是 .
[解析] 方法一:设3名男同学分别为A,B,C,2名女同学分别为a,b,则所有等可能事件分别为AB,AC,Aa,Ab,BC,Ba,Bb,Ca,Cb,ab,共10个,选出的2名同学中至少有1名女同学包含的基本事件分别为Aa,Ab,Ba,Bb,Ca,Cb,ab,共7个,故所求概率为.
方法二:同方法一,得所有等可能事件共10个,选出的2名同学中没有女同学包含的基本事件分别为AB,AC,BC,共3个,故所求概率为1-=.
三、解答题
10.甲、乙两组各4名同学参加学校组织的“抗日战争历史知识知多少”抢答比赛,他们答对的题目个数用茎叶图表示,如图,中间一列的数字表示答对题目个数的十位数,两边的数字表示答对题目个数的个位数.
(1)求甲组同学答对题目个数的平均数和方差;
(2)分别从甲、乙两组中各抽取一名同学,求这两名同学答对题目个数之和为20的概率.
[解析] (1)由题图可得,甲组同学答对题目的个数分别为:8,9,11,12,
∴甲==10,
s=×[(8-10)2+(9-10)2+(11-10)2+(12-10)2]=.
(2)由题图可得,乙组同学答对题目的个数分别为:8,8,9,11.分别从甲、乙两组中各抽取一名同学,设“这两名同学答对题目个数之和为20”为事件A,以(x,y)记录甲、乙两组同学答对题目的个数,基本事件有:(8,8),(8,8),(8,9),(8,11),(9,8),(9,8),(9,9),(9,11),(11,8),(11,8),(11,9),(11,11),(12,8),(12,8),(12,9),(12,11),共16个.
事件A包含的基本事件有:(9,11),(11,9),(12,8),(12,8),共4个.故P(A)==.
11.已知围棋盒子中有多枚黑子和多枚白子,从中取出2枚都是黑子的概率是,从中取出2枚都是白子的概率是.现从中任意取出2枚,恰好是同一色的概率是多少?
[解析] 设事件A=“从中取出2枚都是黑子”,事件B=“从中取出2枚都是白子”,事件C=“任意取出2枚恰好是同一色”,则C=A∪B,事件A与B互斥.
则P(C)=P(A)+P(B)=+=,
即任意取出2枚恰好是同一色的概率是.
B组·素养提升
一、选择题
1.从一批羽毛球中任取一个,如果其质量小于4.8 g的概率为0.3,质量不小于4.85 g的概率是0.32,那么质量在[4.8,4.85)内的概率是( B )
A.0.62 B.0.38
C.0.70 D.0.68
[解析] 利用对立事件的概率公式可得
P=1-(0.3+0.32)=0.38.故选B.
2.(多选题)在一次随机试验中,三个事件A1,A2,A3发生的概率分别是0.2,0.3,0.5,则下列说法错误的是( )
A.A1∪A2与A3是互斥事件,也是对立事件
B.A1∪A2∪A3是必然事件
C.P(A2∪A3)=0.8
D.P(A1∪A2)≤0.5
[解析] 三个事件A1、A2、A3不一定是互斥事件,故P(A1∪A2)≤0.5,P(A2∪A3)≤0.8,P(A1∪A2∪A3)≤1,A1∪A2与A3不一定是互斥事件,也不一定是对立事件.故选ABC.
3.(多选题)甲、乙两人在5次体育测试中的成绩(成绩为整数,满分为100分)如表,其中乙的第5次成绩的个位数被污损,用x代替,则( )
次数 第1次 第2次 第3次 第4次 第5次
甲 91 86 88 92 93
乙 87 85 86 99 9x
A.甲的平均成绩为91分
B.从甲的5次成绩中任取2次成绩,均大于甲的平均成绩的概率是
C.当x=3时,甲、乙两人的平均成绩相等
D.乙的平均成绩低于甲的平均成绩的概率是
[解析] 甲的平均成绩为=90(分),故A错误;从甲的5次成绩中任取2次成绩样本空间Ω={(91,86),(91,88),(91,92),(91,93),(86,88),(86,92),(86,93),(88,92),(88,93),(92,93)},共10个样本点,其中均大于甲的平均成绩的样本点有3个,为(91,92),(91,93),(92,93),故所求概率为,故B正确;由于甲的平均成绩为90分,当x=3时,则乙的平均成绩为=90(分),此时甲、乙两人的平均成绩相等,故C正确;乙的第5次成绩可能是90,91,92,93,94,95,96,97,98,99,共10种可能,可知当x=3时,甲、乙两人的平均成绩相等,所以当乙的第5次成绩为90,91,92时,乙的平均成绩低于甲的平均成绩,所以乙的平均成绩低于甲的平均成绩的概率是,故D正确.故选BCD.
4.A,B,C三人同时参加一场活动,活动前A,B,C三人都把手机放在了A的包里.活动结束后B,C两人去拿手机,发现三人手机外观看上去都一样,于是这两人每人随机拿出一部,则这两人中只有一人拿到自己手机的概率是( B )
A. B.
C. D.
[解析] 设A,B,C三人的手机分别为A′,B′,C′,则B,C两人拿到的手机的可能情况为(B-A′,C-B′),(B-A′,C-C′),(B-B′,C-A′),(B-B′,C-C′),(B-C′,C-A′),(B-C′,C-B′),共6种.这两人中只有一人拿到自己手机的情况有(B-A′,C-C′),(B-B′,C-A′),共2种.故所求概率为=.故选B.
二、填空题
5.事件A,B互斥,且P(A)=2P(B),它们都不发生的概率为,则P()= .
[解析] ∵事件A,B互斥,且P(A)=2P(B),它们都不发生的概率为,∴1-P(A)-P(B)=1-2P(B)-P(B)=,解得P(B)=,∴P(A)=2P(B)=,
∴P()=1-P(A)=1-=.
6.下列概率模型中,是古典概型的有_②__(只填序号).
①从区间[1,10]内任意取出一个数,求取到1的概率;
②从含有1的10个整数中任意取出一个数,求取到1的概率;
③向一个正方形ABCD内投掷一点P,求P恰好与A点重合的概率;
④向上抛掷一枚不均匀的旧硬币,求正面朝上的概率.
[解析] 根据古典概型的定义判断,①③中样本点有无限多个,因此不属于古典概型.④中硬币不均匀,则“正面朝上”和“反面朝上”出现的可能性不相等,因此不是古典概型,故选②.
7.一个袋子中装有四个完全相同的小球,分别在小球上标记1,2,3,4四个数字,现有放回地随机抽取两次,每次取一个小球,若取出的小球的号码分别为x,y,则满足xy>4的概率为 .
[解析] 由题知,所有可能的结果有4×4=16种,其中满足条件xy>4的情况有(2,3),(2,4),(3,4),(3,3),(3,2),(4,2),(4,3),(4,4),共8种.所以所求概率为.
三、解答题
8.某公务员去开会,他乘火车、轮船、汽车、飞机去的概率分别为0.3,0.2,0.1,0.4.
(1)求他乘火车或乘飞机去的概率;
(2)求他不乘轮船去的概率;
(3)如果他乘某种交通工具的概率为0.5,请问他有可能乘哪种交通工具去?
[解析] (1)记“他乘火车去”为事件A,“他乘轮船去”为事件B,“他乘汽车去”为事件C,“他乘飞机去”为事件D.这四个事件两两不可能同时发生,故它们彼此互斥.
所以P(A∪D)=P(A)+P(D)=0.3+0.4=0.7.
即他乘火车或乘飞机去的概率为0.7.
(2)设他不乘轮船去的概率为P(),则
P()=1-P(B)=1-0.2=0.8,
所以,他不乘轮船去的概率为0.8.
(3)由于P(A)+P(B)=0.3+0.2=0.5,
P(C)+P(D)=0.1+0.4=0.5,故他可能乘火车或乘轮船去,也有可能乘汽车或乘飞机去.
9.设甲、乙、丙三个乒乓球协会的运动员人数分别为27,9,18.现采用分层抽样的方法从这三个协会中抽取6名运动员组队参加比赛.
(1)求应从这三个协会中分别抽取的运动员的人数;
(2)将抽取的6名运动员进行编号,编号分别为A1,A2,A3,A4,A5,A6.现从这6名运动员中随机抽取2人参加双打比赛.
①用所给编号列出所有可能的结果;
②设A为事件“编号为A5和A6的两名运动员中至少有1人被抽到”,求事件A发生的概率.
[解析] (1)抽样比为=,所以应从甲、乙、丙这三个协会中抽取的运动员人数分别为3,1,2.
(2)①从这6名运动员中随机抽取2名参加双打比赛,所有可能的结果为{A1,A2},{A1,A3},{A1,A4},{A1,A5},{A1,A6},{A2,A3},{A2,A4},{A2,A5},{A2,A6},{A3,A4},{A3,A5},{A3,A6},{A4,A5},{A4,A6},{A5,A6},共15种.
②编号为A5,A6的两名运动员至少有一人被抽到的结果为{A1,A5},{A1,A6},{A2,A5},{A2,A6},{A3,A5},{A3,A6},{A4,A5},{A4,A6},{A5,A6},共9种,所以事件A发生的概率P(A)==.
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