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第7讲、垂径定理
一、课前检测
(一)选择题(共2小题)
1.
如图,⊙O的半径为5,弦AB的长为8,M是弦AB上的动点,则线段OM长的最小值为(
)
A.5
B.4
C.3
D.2
第1题
第2题
2.
如图,AB为⊙O的直径,AC为⊙O的弦,过点O作AC的垂线,交AC于点D.若AB=16,AC=12,则△OBD的面积为(
)
A.
B.
C.15
D.30
(二)填空题(共1小题)
3.
已知⊙O的半径为2,弦BC=,A是⊙O上一点,且AB=AC,直线AO与BC交于点D,则AD的长为________.
(三)解答题(共3小题)
4.某居民区一处圆形水管破裂,修理人员准备更换一段新管道,如图所示,污水水面宽度为60cm,水面至管道顶部差距离为10cm,问修理人员应准备内径多大的管道?
5.如图,⊙O的直径AB和弦CD交于点E,已知AE=8,EB=2,∠CEA=30°,求CD的长.
6.
如图,已知⊙O的弦AB的长为半径OA的倍,C是弧AB的中点,AB,OC交于点P,求证:四边形OACB是菱形.
二、考点梳理
考点一:圆是轴对称图形,每条直径所在的直线都是对称轴,垂直于弦的直径平分这条弦,并且平分弦所对的弧.圆心到圆的一条弦的距离叫做弦心距.
考点二:平分弦(不是直径)的直径垂直于弦,并且平分弦所对的弧.平分弧的直径垂直平分弧所对的弦.
三、重点突破
例1.如图,两个正方形彼此相邻且内接于半圆,若小正方形的面积为16cm2,则该半圆的半径为(
)cm
A.
B.9
C.
D.
例1图
例2图
例3图
例2.
如图是一个古代车轮的碎片,小明为求其外圆半径,连结外圆上的两点A、B,并使AB与车轮内圆相切于点D,半径为OC⊥AB交外圆于点C.测得CD=10cm,AB=60cm,则这个车轮的外圆半径是_______cm.
(点拨:作辅助线构造直角三角形)
例3.如图,半径为5的⊙P与y轴交于点M(0,-4),N(0,-10),函数(x<0)的图象过点P,则k的值为________.
例4.
如图,已知在以点O为圆心的两个同心圆中,大圆的弦AB交小圆于点C,D.
(1)求证:AC=BD;
(2)若大圆的半径r=8,小圆的半径r=6,且圆心O到直线AB的距离为4,求AC的长.
(点拨:利用勾股定理)
例5.已知△ABC内接于⊙O,且AB=AC,⊙O的半径等于6cm,点O到BC的距离为2cm,求AB的长.
(点拨:以圆心与弦的位置关系来确定图形的分类)
例6.如图,M是弧AB的中点,过点M的弦MN交AB于点C,设⊙O半径为4cm,MN=
cm,OH⊥MN,垂足是点H.
(1)求OH的长度;
(2)求∠ACM的度数.
(点拨:将∠ACM的度数转化到△MOD中∠OMD的度数来求)
例7.如图,在一直径为8米的圆形戏水池中搭有两座浮桥AB,CD.已知C是弧AB的中点,浮桥CD的长为m.设AB,CD交于点P,试求∠APC的度数.
(点拨:将问题转化为求∠OCP)
例8.某公园的圆弧形门的示意图如图所示,已知这个圆弧形门所在的圆的半径为1.5米,圆上A,B两点到水平地面的距离AC=BD=0.4m,AB=1.8m,求圆弧形门的最高点离地面的高度.
(点拨:将问题转化为求圆的半径)
例9.如图,一拱形桥所在弧的水上部分所对的圆心角为120°,半径为5m.一艘6m宽的船装载着一集装箱,已知箱顶宽3.2m,离水面AB高2m,问:此船能过桥洞吗?请说明理由.
例10.如图,AB,CD是半径为5的⊙O的两条弦,AB=8,CD=6,MN是直径,AB⊥MN于点E,CD⊥MN于点F,P为EF上的任意一点,则PA+PC的最小值为多少?
(点拨:当B、C、P在一条直线上时,PA+PC的最小,即BC的值就是PA+PC的最小值)
四、经典练习
A组
(一)选择题(共4小题)
1.
下列命题错误的是(
)
平分弧的直径平分这条弧所对的弦
B.平分弦的直径平分这条弦所对的弧
C.垂直于弦的直径平分这条弦
D.弦的中垂线经过圆心
2.
已知点P是⊙O内一点,⊙O的半径为5,OP=3,在过点P的所有⊙O的弦中,弦长为整数的弦的条数为(
)
A.2
B.3
C.4
D.5
3.
如图,AB是⊙O的直径,弦CD⊥AB,垂足为E,若AB=20,CD=16,则线段OE的长为(
)
A.10
B.8
C.6
D.4
第3题图
第4题图
第6题图
4.
如图,将半径为2的圆形纸片折叠后,圆弧恰好经过圆心O,则折痕AB的长为( )
A.2
B.
C.
D.
(二)
填空题(共4小题)
5.
已知⊙O的半径为10cm,弦MN∥EF,且MN=12cm,EF=16cm,则弦MN和EF之间的距离为_________.
6.
如图,一条公路的转弯处是一段圆弧AB,点O是这段弧的圆心,C是弧AB上的一点,OC⊥AB,垂足为D,AB=300m,CD=50m,则这段弯路的半径是_______m.
解答题(共2小题)
7.
如图,⊙O的直径AB平分弦CD,CD=10cm,AP:PB=1:5.求⊙O的半径.
8.
如图,已知等腰三角形ABC的底边BC=10cm,顶角为120°,求它的外接圆的直径.
9.
如图所示,已知在Rt△ABC中,∠ACB=90°,AC=5cm,BC=12cm,以C为圆心,CA为半径的圆交斜边于点D,求AD的长.
10.
如图所示,D、E分别是弧AB、弧AC的中点,DE交AB于M、交AC于N.求证:AM=AN.
B组
(一)选择题(共4小题)
1.如图,⊙O的直径为10cm,弦AB为8cm,P是弦AB上一点,若OP的长是整数,则满足条件的点P有(
)
A.2个
B.3个
C.4个
D.5个
第1题
第2题
第3题
第4题
2.
如图所示,在圆O内有折线OABC,其中OA=8,AB=12,∠A=∠B=60°,则BC的长为(
)
A.19
B.16
C.18
D.20
3.
如图,在⊙O中,AB是直径,CD是弦,CE⊥CD,垂足为点C,且交AB于点E,DF⊥CD,垂足为点D,且交AB于点F,则(
)
A.AE=BF
B.AE>BF
C.AE<BF
D.不能确定
4.
如图,在⊙O中,AB,AC是相互垂直的两条弦,OD⊥AB于D,OE⊥AC于E,且AB=8cm,AC=6cm,那么⊙O的半径OA长为( )cm.
A.4
B.5
C.6
D.8
(二)填空题(共4小题)
5.
从圆上一点作互相垂直的两条弦,若它们与圆心的距离分别为6cm和10cm,则两条弦的长分别为__________.
6.
如图,AB、AC是⊙O的弦,OE⊥AB、OF⊥AC,垂足分别为E、F.如果EF=3.5,那么BC=________.
第6题
第7题
第8题
7.如图,AB是半圆⊙O的直径,点E是弧BC的中点,OE交弦BC于点D.已知BC=8cm,DE=2cm,则AB的长为_______cm.
8.
如图,矩形ABCD与⊙O交于点A,B,F,E,DE=1cm,EF=3cm,则AB=_______cm.
(三)解答题(共2小题)
9.如图,⊙O是△ABC的外接圆,作OE⊥AC于E,OD⊥AB于D,连结DE,你认为DE与BC有什么关系?请说明理由.
10.如图,两条公路EF和PQ在点O处交汇,∠QOF=30°,在点A处有一栋居民楼,AO=220m,如果公路上的汽车行驶时,周围200米以内会受噪音影响,那么一汽车在公路EF上沿OF的方向行驶时,居民楼是否会受影响?如果这辆汽车的速度是每小时72千米,居民楼受影响的时间约为多少秒?(≈1.732,精确到0.1秒)
五、优化提高
1.
将一盛有不足半杯水的圆柱形玻璃水杯拧紧杯盖后放倒,水平放置在桌面上,水杯的底面如图所示,已知水杯内径(图中小圆的直径)是8cm,水的最大深度是2cm,则杯底有水部分的面积是( )cm2
B.
C.
D.
2.
课堂上,师生一起探究知识,可以用圆柱形管子的内径去测量球的半径.小明回家后把小皮球置于保温杯口上(内径AD的长为8cm),经过思考找到了测量方法,并画出了草图(如图).请你根据图中的数据,帮助小明计算小皮球的半径.
3.
如图,AB是半圆O的直径,BC是弦,点P从点A开始,沿AB向点B以1cm/s的速度移动,若AB长为10cm,点O到BC的距离为4cm.
(1)求弦BC的长;
(2)问经过几秒后△BPC是等腰三角形?
4.
如图,已知AB、CD是⊙O的弦,M、N分别是AB、CD的中点,且∠AMN=∠CNM.求证:弧AB=弧CD.
5.
如图,在半径为3的扇形AOB中,∠AOB=90°,点C是弧AB上的一个动点(不与点A、B重合)OD⊥BC,OE⊥AC,垂足分别为D、E.
(1)当BC=2时,求线段OD的长;
(2)在△DOE中是否存在长度保持不变的边?如果存在,请指出并求其长度,如果不存在,请说明理由;
(3)设BD=x,△DOE的面积为y,求y关于x的函数关系式,并写出x的范围.
参考答案
一、课前检测
1.
C【解答】根据垂线段最短知,当OM⊥AB时,OM有最小值,
此时,由垂径定理知,点M是AB的中点,
连接OA,AM=AB=4,
由勾股定理知,OM=3.
2.
A
3.
1或3【解答】如图所示:
∵⊙O的半径为2,弦BC=,点A是⊙O上一点,且AB=AC,
∴AD⊥BC,
∴BD=BC=,
在Rt△OBD中,
∵BD2+OD2=OB2,即()2+OD2=22,
解得OD=1,
∴当如图1所示时,AD=OA-OD=2-1=1;
当如图2所示时,AD=OA+OD=2+1=3.
4.【解答】如图,过O作OC⊥AB于C,连接AO,
∴AC=AB=×60=30,
CO=AO-10,
在Rt△AOC中,AO2=AC2+OC2,
AO2=302+(AO-10)2解得AO=50cm.
∴内径为2×50=100cm.
5.
【解答】∵AE=8cm,EB=2cm,
∴OA=(8cm+2cm)÷2=5cm,
∴OE=5cm-2cm=3cm,
过点O作OF⊥CD于F,可得∠OFE=90°,即△OEF为直角三角形,
∵∠CEA=30°,
∴OF=OE=cm,
连接OC,
在Rt△COF中,CD=2CF=2cm.
6.【解答】证明:∵C为弧AB的中点,OC为半径,
∴PA=PB,AB⊥OC,
∵AP=AB=AO,
∴OP=,
∴PC=OC,即OP=PC,
∴四边形OACB是平行四边形,
又∵AB⊥OC,
∴四边形OACB是菱形.
三、重点突破
例1.
C【解答】连接OA、OB、OE,
∵四边形ABCD是正方形,
∴AD=BC,∠ADO=∠BCO=90°,
∵在Rt△ADO和Rt△BCO中
∵OA=OB,AD=BC,
∴Rt△ADO≌Rt△BCO,
∴OD=OC,
∵四边形ABCD是正方形,
∴AD=DC,
设AD=acm,则OD=OC=DC=AD=acm,
在△AOD中,由勾股定理得:OA=OB=OE=cm,
∵小正方形EFCG的面积为16cm2,
∴EF=FC=4cm,
在△OFE中,由勾股定理得:()2=42+(a+4)2,
解得:a=-4(舍去),a=8,
=(cm).
例2.
50【解答】如图,连接OA,
∵CD=10cm,AB=60cm,
∵CD⊥AB,
∴OC⊥AB,
∴AD=AB=30cm,
∴设半径为r,则OD=r-10,
根据题意得:r2=(r-10)2+302,
解得:r=50.
∴这个车轮的外圆半径长为50cm.
例3.
28【解答】过P作PQ⊥y轴,与y轴交于Q点,连接PM,则Q为MN的中点,
∵M(0,-4),N(0,-10),
∴OM=4,ON=10,
∴MN=10-4=6,
∴MQ=NQ=3,OQ=OM+MQ=4+3=7,
在Rt△PMQ中,PM=5,MQ=3,
根据勾股定理得:PQ==4,
∴P(-4,-7),
代入反比例函数(x<0)得:k=-4×(-7)=28.
例4.【解答】(1)证明:作OE⊥AB,则AE=BE,CE=DE,
故BE-DE=AE-CE;
即AC=BD;
(2)解:连接OC,OA,
∵OE⊥AB且OE⊥CD,
∴OE=4,CE=DE,
∴DE=CE=,
AE=,
∴AC=AE-CE=.
例5.【解答】分两种情况:
(1)假若∠A是锐角,△ABC是锐角三角形,
∵AB=AC
∴点A是优弧BC的中点
∵OD⊥BC且AB=AC
根据垂径定理推论可知,DO的延长线必过点A,连接BO
∵BO=6,OD=2
∴BD=,
在Rt△ADB中,AD=DO+AO=6+2=8
∴AB=cm;
(2)若∠A是钝角,则△ABC是钝角三角形,
如图添加辅助线及求出BD=
在Rt△ADB中,AD=AO-DO=6-2=4
∴AB=cm.
综上所述AB=cm或cm.?
例6.【解答】连接MO交弦AB于点E,
(1)∵OH⊥MN,O是圆心,
∴MH=MN,
又∵MN=cm,
∴MH=cm,
在Rt△MOH中,OM=4cm,
∴OH=(cm);
(2)∵M是弧AB的中点,MO是半径,
∴MO⊥AB???????????
∵在Rt△MOH中,OM=4cm,OH=2cm,
∴OH=MO,
∴∠OMH=30°,
∴在Rt△MEC中,∠ACM=90°-30°=60°.
例7.【解答】作OM⊥CD于点M,连接OC.
则CM=CD=×=,
在直角△OMC中,sinO=,
∴∠O=60°,
∵C是弧AB的中点,
∴OC⊥AB.
∴在直角△OMC和直角△PNC中,∠C=∠C,∠OMC=∠PNC=90°,
∴∠APC=∠O=60°.
例8.【解答】过圆心点O作OF⊥CD,交AB于点E,交圆的上部于点M,
∵OE⊥AB,
∴AE==0.9m,
设圆O的半径为R,则OE=R-AC=R-0.4,
在Rt△OAE中,AE2+OE2=OA2,
即0.92+(R-0.4)2=R2,
解得:R=1.2125.
则圆弧形门的最高点离地面的高度=OM+OE+EF=1.2125+1.2125-0.4+0.4=2.425m
答:这个圆弧形门的最高点离地面的高度为2.425m.
例9.【解答】能.
理由:如图所示,连接OA,OB,OC,过点O作OE⊥CD于点F,
∵∠AOB=120°,
∴∠AOE=60°,
∴∠OAB=30°.
∵OA=5m,
∴OK=m,
∴OF=2+=m.
在Rt△OCF中,
∵OC=5m,OF=m,
∴CF=,
∴CD=2CF=>3.2,
∴此船能过桥洞.
例10.
【解答】连接OA,OB,OC,作CH垂直于AB于H.
∵AB=8,CD=6,MN是直径,AB⊥MN于点E,CD⊥MN于点F,
∴BE=AB=4,CF=CD=3,
∴OE=,
OF=,
∴CH=OE+OF=3+4=7,
BH=BE+EH=BE+CF=4+3=7,
在Rt△BCH中根据勾股定理得到BC=,即PA+PC的最小值为.
四、经典练习
A组
1.
B
2.
C【解答】如图,过P作弦AB⊥OP,交⊙O于A、B,连接OA;
Rt△OAP中,OP=3,OA=5;
根据勾股定理,得AP=4;
∴AB=2AP=8;
故过点P的弦的长度都在8~10之间;
因此弦长为8、9、10;
当弦长为8、10时,过P点的弦分别为弦AB和过P点的直径,分别有一条;
当弦长为9时,根据圆的对称性知,符合条件的弦应该有两条;
故弦长为整数的弦共有4条.
3.
C【解答】因为20÷2=10,所以CO=10,
又因为CD=16,弦CD⊥AB,
所以CE=16÷2=8
102-82=36
所以OE=6
4.
C【解答】作OD⊥AB于D,连接OA.
∵OD⊥AB,OA=2,
∴OD=OA=1,
在Rt△OAD中
AD=,
∴AB=2AD=.
5.
2cm或14cm【解答】①当弦MN和EF在圆心同侧时,如图1,
∵MN=12cm,EF=16cm,
∴CE=8cm,CF=6cm,
∵OE=OM=10cm,
∴CO=6cm,OD=8cm,
∴EF=OF-OE=2cm;
②当弦MN和EF在圆心异侧时,如图2,
∵MN=12cm,EF=16cm,
∴CE=8cm,CF=6cm,
∵OE=OM=10cm,
∴CO=6cm,OD=8cm,
∴EF=OF+OE=14cm;
故答案为:2cm或14cm.
6.
250【解答】设半径为r,
则OD=r-CD=r-50,
∵OC⊥AB,
∴AD=BD=AB,
在直角三角形AOD中,AO2=AD2+OD2,
即r2=(×300)2+(r-50)2=22500+r2+2500-100r,
r=250m.
答:这段弯路的半径是250m.
7.【解答】连接CO,设圆的半径为r,
∵直径AB平分弦CD,
∴AB垂直CD,
∵AP:PB=1:5,
∴设AP=k,PB=5k,则有AB=AP+PB=6k,
∴OA=3k,PO=OA-AP=3k-k=2k,
∴PO=OA=r,
∴r2=52+(r)2,
整理得:r2=45,解得:r=.
8.【解答】连接OA交BC于D,
∵O是等腰三角形ABC的外心,AB=AC,
∴∠AOC=∠BOA,
∵OB=OC,
∴BD=DC,OA⊥BC,
∴由垂径定理得:BD=DC=5cm,
∠OAC=∠BAC=×120°=60°,
∵OA=OC,
∴△AOC是等边三角形,
∴∠AOC=60°,
∴∠DCO=90°-60°=30°
∴OC=2OD,
设OD=a,OC=2a,由勾股定理得:a2+52=(2a)2,a=,
∴OC=2a=,
∴外接圆的直径=2OC=(cm).
9.【解答】过C作CE⊥AB于E,
∵CE⊥AB,CE过圆心C,
∴AD=2AE.
∵△ABC中,∠C是直角,AC=5cm,BC=12cm,
∴由勾股定理得:AB=13cm,
由射影定理得:AC2=AE×AB,
∴AE=,
∴AD=2AE=cm.
10.
【解答】证明:连接DO,EO,∵D是弧AB中点,E是弧AC中点,
∴OD⊥AB,OE⊥AC.
又∵∠EDO=∠DEO,
∴∠DMB=180°-∠EDO-90°,∠ENC=180°-90°-∠DEO.
∴∠DMB=∠ENC.
而∠AMN=∠DMB,∠ENC=∠ANM,
∴∠AMN=∠ANM.
∴AM=AN.
B组
1.
D【解答】过点O作OC⊥AB于点C,连接OB,
∵⊙O的直径为10cm,弦AB为8cm,
∴BC=AB=4(cm),OB=5cm,
∴OC==3(cm),
∴3cm≤OP≤5cm,
∵OP的长是整数,
∴OP=3的点只有一个,OP=4的点有2个,OP=5的点有2个,
∴满足条件的点P有5个.
2.
D【解答】延长AO交BC于D,作OE⊥BC于E;
∵∠A=∠B=60°,∴∠ADB=60°;
∴△ADB为等边三角形;
∴BD=AD=AB=12;∴OD=4,
又∵∠ADB=60°,
∴DE=OD=2;∴BE=10;
∴BC=2BE=20.
3.
A
4.
B【解答】AB=8cm,AC=6cm,
∴AD=4,AE=3,
∵四边形OEAD是矩形,
∴OA=5.
5.
20cm,12cm
【解答】如图所示,
∵AB⊥BC,OM⊥AB,ON⊥BC,OM=10,ON=6,
∴四边形MBNO是矩形,
∴AB=2ON=12cm,BC=2OM=20cm.
6.
7【解答】∵OE⊥AB,OF⊥AC,
∴E为AB的中点,F为AC的中点,即EF为△ABC的中位线,
∴EF=BC,又EF=3.5,则BC=2EF=7.
7.
10【解答】∵E是弧BC的中点,∴OE⊥BC,
∴BD=BC=×8=4(cm),
设OB=xcm,则OD=OE-DE=(x-2)cm,
在Rt△OBD中,OB2=BD2+OD2,
∴x2=(x-2)2+42,
解得:x=5,
∴OB=5cm,
∴AB=10cm.
8.
5【解答】∵DE=1,∴CF=1,
∵EF=3,∴DC=5,
∴AB=5.
9.
DE平行且等于BC.
【解答】证明:∵OE⊥AC,OD⊥AB,∴AE=EC,AD=BD.
∴DE平行且等于BC.
10.【解答】过点A作AD⊥EF,
∵∠QOF=30°,AO=200米,
∴AD=AO?sin30°=200×=100米<200米,
∴居民楼会受到影响;
连接AB,
∵OA=200米,AD⊥OB,
∴OB=2DO,
∵在Rt△AOD中,AO=200米,AD=100米,
∴OD=米,
∴OB=米,
∵这辆汽车的速度是每小时72千米=20米/秒,
∴17.3秒.
答:居民楼受影响的时间约为17.3秒.
五、优化提高
1.
A
【解答】作OD⊥AB于C,交小⊙O于D,则CD=2,AC=BC,
∵OA=OD=4,CD=2,
∴OC=2,
在RT△AOC中,sin∠OAC=,
∴∠OAC=30°,∴∠AOB=120°,AC=,
∴AB=,
∴杯底有水部分的面积=S扇形-S△AOBcm2.
2.【解答】连OD,设圆的半径为r,
∵EG=20-12=8,
∴OG=8-r,
∵AD=8,AD⊥EF,
∴GD=4,
∴DG2+OG2=DO2,
即42+(8-r)2=r2,解得:r=5,
答:小皮球的半径为5cm.
3.【解答】(1)作OD⊥BC于D,由垂径定理知,点D是BC的中点,BD=BC,
∵OB=AB=5,OD=4,
由勾股定理得,BD=3,
∴BC=2BD=6cm;
(2)设经过t秒后,△BPC是等腰三角形,
①当PC为底边时,有BP=BC,10-t=6,解得:t=4(秒);
②当BC为底边时,有PC=PB,P点与O点重合,此时t=5(秒);
③当PB为底边时,有PC=BC,连接AC,作CE⊥AB于E,
则BE=,AE=,
∵AB是直径,
∴△ABC是直角三角形,
根据勾股定理AC==8,
由AC2-AE2=BC2-BE2,
64-()2=36-()2,
解得:t=2.8(秒).
综上,经过4秒或5秒或2.8秒时,△BPC是等腰三角形.
4.【解答】证明:连接OM,ON,OA,OC,
∵M、N分别为AB、CD的中点,
∴OM⊥AB,ON⊥CD,
∴AM=AB,CN=CD,
∵∠AMN=∠CNM,
∴∠NMO=∠MNO,即OM=ON,
在Rt△AOM与Rt△CON中,
∵OM=ON,OA=OC,,
∴Rt△AOM≌Rt△CON(HL),
∴AM=CN,∴AB=CD,
∴弧AB=弧CD.
5.【解答】(1)如图(1),
∵OD⊥BC,∴BD=BC=×2=1.
∵∠BDO=90°,OB=3,BD=1,∴OD=,
即线段OD的长为.
(2)存在,DE保持不变.
理由:连接AB,如图(2),
∵∠AOB=90°,OA=OB=3,
∴AB=
∵OD⊥BC,OE⊥AC,
∴D和E分别是线段BC和AC的中点,
∴DE=AB=,
∴DE保持不变.???????????????
(3)过D作DF⊥OE于F,连接OC,如图(3).
∵∠BDO=90°,BD=x,OB=3,∴OD=,
∵OB=OC=OA,OD⊥BC,OE⊥AC,
∴∠1=∠2,∠3=∠4,
∴∠2+∠3=∠AOB=45°,即∠DOE=45°.
在Rt△DFO中,
∵∠DOF=45°,OD=,
∴DF=OD?sin45°=,OF=OD?cos45°=,
在Rt△DEF中,∵DE=,DF=,
∴EF=,∴OE=OF+EF=,
∴y=DF?OE=(0<x<).
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精品试卷·第
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