2022年高三數(shù)學(xué)第一輪復(fù)習(xí)單元講座 第07講 函數(shù)模型及其應(yīng)用教案 新人教版
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1、2022年高三數(shù)學(xué)第一輪復(fù)習(xí)單元講座 第07講 函數(shù)模型及其應(yīng)用教案 新人教版 一.課標(biāo)要求: 1.利用計(jì)算工具,比較指數(shù)函數(shù)、對數(shù)函數(shù)以及冪函數(shù)增長差異;結(jié)合實(shí)例體會(huì)直線上升、指數(shù)爆炸、對數(shù)增長等不同函數(shù)類型增長的含義; 2.收集一些社會(huì)生活中普遍使用的函數(shù)模型(指數(shù)函數(shù)、對數(shù)函數(shù)、冪函數(shù)、分段函數(shù)等)的實(shí)例,了解函數(shù)模型的廣泛應(yīng)用。 二.命題走向 函數(shù)應(yīng)用問題是高考的熱點(diǎn),高考對應(yīng)用題的考察即考小題又考大題,而且分值呈上升的趨勢。高考中重視對環(huán)境保護(hù)及數(shù)學(xué)課外的的綜合性應(yīng)用題等的考察。出于“立意”和創(chuàng)設(shè)情景的需要,函數(shù)試題設(shè)置問題的角度和方式也不斷創(chuàng)新,重視函數(shù)思想的考察,加大函
2、數(shù)應(yīng)用題、探索題、開放題和信息題的考察力度,從而使高考考題顯得新穎、生動(dòng)和靈活。 預(yù)測xx年的高考,將再現(xiàn)其獨(dú)特的考察作用,而函數(shù)類應(yīng)用題,是考察的重點(diǎn),因而要認(rèn)真準(zhǔn)備應(yīng)用題型、探索型和綜合題型,加大訓(xùn)練力度,重視關(guān)于函數(shù)的數(shù)學(xué)建模問題,學(xué)會(huì)用數(shù)學(xué)和方法尋求規(guī)律找出解題策略。 (1)題型多以大題出現(xiàn),以實(shí)際問題為背景,通過解決數(shù)學(xué)問題的過程,解釋問題; (2)題目涉及的函數(shù)多以基本初等函數(shù)為載體,通過它們的性質(zhì)(單調(diào)性、極值和最值等)來解釋生活現(xiàn)象,主要涉計(jì)經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、能源、健康等社會(huì)現(xiàn)象。 三.要點(diǎn)精講 1.解決實(shí)際問題的解題過程 (1)對實(shí)際問題進(jìn)行抽象概括:研究實(shí)際問題中量與
3、量之間的關(guān)系,確定變量之間的主、被動(dòng)關(guān)系,并用x、y分別表示問題中的變量; (2)建立函數(shù)模型:將變量y表示為x的函數(shù),在中學(xué)數(shù)學(xué)內(nèi),我們建立的函數(shù)模型一般都是函數(shù)的解析式; (3)求解函數(shù)模型:根據(jù)實(shí)際問題所需要解決的目標(biāo)及函數(shù)式的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)正確選擇函數(shù)知識(shí)求得函數(shù)模型的解,并還原為實(shí)際問題的解. 這些步驟用框圖表示: 實(shí)際問題 函數(shù)模型 實(shí)際問題的解 函數(shù)模型的解 抽象概括 還原說明 運(yùn)用函數(shù)性質(zhì) 2.解決函數(shù)應(yīng)用問題應(yīng)著重培養(yǎng)下面一些能力: (1)閱讀理解、整理數(shù)據(jù)的能力:通過分析、畫圖、列表、歸類等方法,快速弄清數(shù)據(jù)之間的關(guān)系,
4、數(shù)據(jù)的單位等等; (2)建立函數(shù)模型的能力:關(guān)鍵是正確選擇自變量將問題的目標(biāo)表示為這個(gè)變量的函數(shù),建立函數(shù)的模型的過程主要是抓住某些量之間的相等關(guān)系列出函數(shù)式,注意不要忘記考察函數(shù)的定義域; (3)求解函數(shù)模型的能力:主要是研究函數(shù)的單調(diào)性,求函數(shù)的值域、最大(?。┲?,計(jì)算函數(shù)的特殊值等,注意發(fā)揮函數(shù)圖象的作用。 四.典例解析 題型1:正比例、反比例和一次函數(shù)型 例1.某地區(qū)1995年底沙漠面積為95萬公頃,為了解該地區(qū)沙漠面積的變化情況,進(jìn)行了連續(xù)5年的觀測,并將每年年底的觀測結(jié)果記錄如下表。根據(jù)此表所給的信息進(jìn)行預(yù)測:(1)如果不采取任何措施,那么到xx年底,該地區(qū)的沙漠面積將大
5、約變?yōu)槎嗌偃f公頃;(2)如果從xx年底后采取植樹造林等措施,每年改造0.6萬公頃沙漠,那么到哪一年年底該地區(qū)沙漠面積減少到90萬公頃? ? 觀測時(shí)間 1996年底 1997年底 xx年底 xx年底 xx年底 該地區(qū)沙漠比原有面積增加數(shù)(萬公頃) 0.xx 0.4000 0.6001 0.7999 1.0001 ? 解析:(1)由表觀察知,沙漠面積增加數(shù)y與年份數(shù)x之間的關(guān)系圖象近似地為一次函數(shù)y=kx+b的圖象。 將x=1,y=0.2與x=2,y=0.4,代入y=kx+b, 求得k=0.2,b=0, 所以y=0.2x(x∈N)。 因?yàn)樵猩衬娣e為95萬公
6、頃,則到xx年底沙漠面積大約為 95+0.5×15=98(萬公頃)。 (2)設(shè)從1996年算起,第x年年底該地區(qū)沙漠面積能減少到90萬公頃,由題意得 95+0.2x-0.6(x-5)=90, 解得x=20(年)。 故到xx年年底,該地區(qū)沙漠面積減少到90萬公頃。 點(diǎn)評:初中我們學(xué)習(xí)過的正比例、反比例和一元一次函數(shù)的定義和基本性質(zhì),我們要牢固掌握。特別是題目中出現(xiàn)的“成正比例”、“成反比例”等條件要應(yīng)用好。 例2.(xx安徽理21)(已知函數(shù)在R上有定義,對任何實(shí)數(shù)和任何實(shí)數(shù),都有 (Ⅰ)證明; (Ⅱ)證明 其中和均為常數(shù); 證明(Ⅰ)令,則,∵,∴。 (Ⅱ)①令,∵,∴,
7、則。 假設(shè)時(shí),,則,而,∴,即成立。 ②令,∵,∴, 假設(shè)時(shí),,則,而,∴,即成立。∴成立。 點(diǎn)評:該題應(yīng)用了正比例函數(shù)的數(shù)字特征,從而使問題得到簡化。而不是一味的向函數(shù)求值方面靠攏。 題型2:二次函數(shù)型 例3.一輛中型客車的營運(yùn)總利潤y(單位:萬元)與營運(yùn)年數(shù)x(x∈N)的變化關(guān)系如表所示,則客車的運(yùn)輸年數(shù)為()時(shí)該客車的年平均利潤最大。 (A)4 (B)5 (C)6 (D)7 x年 4 6 8 … (萬元) 7 11 7 … 解析:表中已給出了二次函數(shù)模型 , 由表中數(shù)據(jù)知,二次函數(shù)的圖象上存在三點(diǎn)(4,7),(6,11),(8,7
8、),則 。 解得a=-1,b=12,c=-25, 即。 而取“=”的條件為, 即x=5,故選(B)。 點(diǎn)評:一元二次函數(shù)是高中數(shù)學(xué)函數(shù)中最重要的一個(gè)模型,解決此類問題要充分利用二次函數(shù)的結(jié)論和性質(zhì),解決好實(shí)際問題。 例4.行駛中的汽車,在剎車后由于慣性的作用,要繼續(xù)向前滑行一段距離后才會(huì)停下,這段距離叫剎車距離。為測定某種型號(hào)汽車的剎車性能,對這種型號(hào)的汽車在國道公路上進(jìn)行測試,測試所得數(shù)據(jù)如下表。在一次由這種型號(hào)的汽車發(fā)生的交通事故中,測得剎車距離為15.13m,問汽車在剎車時(shí)的速度是多少? ? 剎車時(shí)車速v/km/h 15 30 40 50 60 80
9、剎車距離s/m 1.23 7.30 12.2 18.40 25.80 44.40 ? 解析:所求問題就變?yōu)楦鶕?jù)上表數(shù)據(jù),建立描述v與s之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型的問題。此模型不能由表格中的數(shù)據(jù)直接看出,因此,以剎車時(shí)車速v為橫軸,以剎車距離s為縱軸建立直角坐標(biāo)系。根據(jù)表中的數(shù)據(jù)作散點(diǎn)圖,可看出應(yīng)選擇二次函數(shù)作擬合函數(shù)。假設(shè)變量v與s之間有如下關(guān)系式:,因?yàn)檐囁贋?時(shí),剎車距離也為0,所以二次曲線的圖象應(yīng)通過原點(diǎn)(0,0)。再在散點(diǎn)圖中任意選取兩點(diǎn)A(30,7.30),B(80,44.40)代入,解出a、b、c于是 。(代入其他數(shù)據(jù)有偏差是許可的) 將s=15.13代入得 , 解
10、得v≈45.07。 所以,汽車在剎車時(shí)的速度是45.07km/h。 例5.(xx北京春,理、文21)某租賃公司擁有汽車100輛.當(dāng)每輛車的月租金為3000元時(shí),可全部租出.當(dāng)每輛車的月租金每增加50元時(shí),未租出的車將會(huì)增加一輛.租出的車每輛每月需要維護(hù)費(fèi)150元,未租出的車每輛每月需要維護(hù)費(fèi)50元. (1)當(dāng)每輛車的月租金定為3600元時(shí),能租出多少輛車? (2)當(dāng)每輛車的月租金定為多少元時(shí),租賃公司的月收益最大?最大月收益是多少? 解:(1)當(dāng)每輛車的月租金定為3600元時(shí),未租出的車輛數(shù)為: =12,所以這時(shí)租出了88輛車. (2)設(shè)每輛車的月租金定為x元,則租賃公司的月收益為
11、:f(x)=(100-)(x-150)-×50,整理得:f(x)=-+162x-21000=-(x-4050)2+307050.所以,當(dāng)x=4050時(shí),f(x)最大,其最大值為f(4050)=307050.即當(dāng)每輛車的月租金定為4050元時(shí),租賃公司的月收益最大,最大收益為307050元. 點(diǎn)評:本題貼近生活。要求考生讀懂題目,迅速準(zhǔn)確建立數(shù)學(xué)模型,把實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題并加以解決。 題型3:分段函數(shù)型 例6.某集團(tuán)公司在xx年斥巨資分三期興建垃圾資源化處理工廠,如下表: ? 一期xx年投入 1億元 興建垃圾堆肥廠 年處理有機(jī)肥十多萬噸 年綜合收益 2千萬元 二期xx年
12、投入 4億元 興建垃圾焚燒發(fā)電一廠 年發(fā)電量1.3億kw/h 年綜合收益 4千萬元 三期xx年投入 2億元 興建垃圾焚燒發(fā)電二廠 年發(fā)電量1.3億kw/h 年綜合收益 4千萬元 ? 如果每期的投次從第二年開始見效,且不考慮存貸款利息,設(shè)xx年以后的x年的總收益為f(x)(單位:千萬元),試求f(x)的表達(dá)式,并預(yù)測到哪一年能收回全部投資款。 解析:由表中的數(shù)據(jù)知,本題需用分段函數(shù)進(jìn)行處理。由表中的數(shù)據(jù)易得, f(x)=。 顯然,當(dāng)n≤4時(shí),不能收回投資款。 當(dāng)n≥5時(shí),由f(n)=10n-24>70, 得n>9.4,取n=10。 所以到xx年可以收回全部投
13、資款。 點(diǎn)評:分段函數(shù)是根據(jù)實(shí)際問題分類討論函數(shù)的解析式,從而尋求在不同情況下實(shí)際問題的處理結(jié)果。 例7.(xx全國,21)某蔬菜基地種植西紅柿,由歷年市場行情得知,從二月一日起的300天內(nèi),西紅柿市場售價(jià)與上市時(shí)間的關(guān)系用圖2—10中(1)的一條折線表示;西紅柿的種植成本與上市時(shí)間的關(guān)系用圖2—10中(2)的拋物線表示. 圖2—10 (1)寫出圖中(1)表示的市場售價(jià)與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系式P=f(t); 寫出圖中(2)表示的種植成本與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系式Q=g(t); (2)認(rèn)定市場售價(jià)減去種植成本為純收益,問何時(shí)上市的西紅柿純收益最大? (注:市場售價(jià)和種植成本的單位:元/102
14、 ,kg,時(shí)間單位:天) 解:(1)由圖(1)可得市場售價(jià)與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系為 f(t)= 由圖(2)可得種植成本與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系為 g(t)=(t-150)2+100,0≤t≤300. (2)設(shè)t時(shí)刻的純收益為h(t),則由題意得h(t)=f(t)-g(t), 即h(t)= 當(dāng)0≤t≤200時(shí),配方整理得h(t)=-(t-50)2+100, 所以,當(dāng)t=50時(shí),h(t)取得區(qū)間[0,200]上的最大值100; 當(dāng)200<t≤300時(shí),配方整理得 h(t)=-(t-350)2+100, 所以,當(dāng)t=300時(shí),h(t)取得區(qū)間(200,300]上的最大值87.5. 綜上,由
15、100>87.5可知,h(t)在區(qū)間[0,300]上可以取得最大值100,此時(shí)t=50,即從二月一日開始的第50天時(shí),上市的西紅柿純收益最大. 點(diǎn)評:本題主要考查由函數(shù)圖象建立函數(shù)關(guān)系式和求函數(shù)最大值的問題.考查運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力. 題型4:三角函數(shù)型 例8.某港口水的深度y(m)是時(shí)間t(0≤t≤24,單位:h)的函數(shù),記作y=f(t)。下面是某日水深的數(shù)據(jù): ? t/h 0 3 6 9 12 15 18 21 24 y/m 10.0 13.0 9.9 7.0 10.0 13.0 10.1 7.0 10.0 ? 經(jīng)長期觀察,y=
16、f(t)的曲線可以近似地看成函數(shù)y=Asinωt+b的圖象。(1)試根據(jù)以上數(shù)據(jù)求出函數(shù)y=f(t)的近似表達(dá)式;(2)一般情況下,船舶航行時(shí),船底離海底的距離為5m或5m以上時(shí)認(rèn)為是安全的(船舶??繒r(shí),船底只需不碰海底即可)。某船吃水深度(船底離水面的距離)為6.5m,如果該船希望在同一天內(nèi)安全進(jìn)出港,請問,它最多能在港內(nèi)停留多少時(shí)間(忽進(jìn)出港所需的時(shí)間)? 解析:題中直接給出了具體的數(shù)學(xué)模型,因此可直接采用表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行解答。 (1)由表中數(shù)據(jù)易得,周期T=12,,b=10, 所以。 (2)由題意,該船進(jìn)出港時(shí),水深應(yīng)不小于 5+6.5=11.5(m), 所以, 化為, 應(yīng)
17、有, 解得12k+1≤t≤12k+5 (k∈Z)。 在同一天內(nèi)取k=0或1, 所以1≤t≤5或13≤t≤17, 所以該船最早能在凌晨1時(shí)進(jìn)港,最晚在下午17時(shí)出港,在港口內(nèi)最多停留16個(gè)小時(shí)。 點(diǎn)評:三角型函數(shù)解決實(shí)際問題要以三角函數(shù)的性質(zhì)為先,通過其單調(diào)性、周期性等性質(zhì)解決實(shí)際問題。特別是與物理知識(shí)中的電壓、電流、簡諧振動(dòng)等知識(shí)結(jié)合到到一塊來出題,為此我們要對這些物理模型做到深入了解。 題型5:不等式型 例9.(xx湖南理20)對1個(gè)單位質(zhì)量的含污物體進(jìn)行清洗, 清洗前其清潔度(含污物體的清潔度定義為: 為, 要求清洗完后的清潔度為. 有兩種方案可供選擇, 方案甲: 一次清
18、洗; 方案乙: 分兩次清洗. 該物體初次清洗后受殘留水等因素影響, 其質(zhì)量變?yōu)? 設(shè)用單位質(zhì)量的水初次清洗后的清潔度是, 用單位質(zhì)量的水第二次清洗后的清潔度是, 其中是該物體初次清洗后的清潔度.。 (Ⅰ)分別求出方案甲以及時(shí)方案乙的用水量, 并比較哪一種方案用水量較少; (Ⅱ)若采用方案乙, 當(dāng)為某固定值時(shí), 如何安排初次與第二次清洗的用水量, 使總用水量最小? 并討論取不同數(shù)值時(shí)對最少總用水量多少的影響. 解析:(Ⅰ)設(shè)方案甲與方案乙的用水量分別為x與z,由題設(shè)有=0.99,解得x=19. 由得方案乙初次用水量為3, 第二次用水量y滿足方程: 解得y=4,故z=4
19、+3. 即兩種方案的用水量分別為19與4+3. 因?yàn)楫?dāng),故方案乙的用水量較少. (II)設(shè)初次與第二次清洗的用水量分別為與,類似(I)得 ,(*) 于是+ 當(dāng)為定值時(shí),, 當(dāng)且僅當(dāng)時(shí)等號(hào)成立.此時(shí) 將代入(*)式得 故時(shí)總用水量最少, 此時(shí)第一次與第二次用水量分別為, 最少總用水量是. 當(dāng),故T()是增函數(shù),這說明,隨著的值的最少總用水量, 最少總用水量最少總用水量. 點(diǎn)評:該題建立了函數(shù)解析式后,通過基本不等式“”解釋了函數(shù)的最值情況,而解決了實(shí)際問題。該問題也可以用二次函數(shù)的單調(diào)性判斷。 例10.(xx上海,文、理21)用水清洗一堆蔬菜上殘留的農(nóng)藥.
20、對用一定量的水清洗一次的效果作如下假定:用1個(gè)單位量的水可洗掉蔬菜上殘留農(nóng)藥量的,用水越多洗掉的農(nóng)藥量也越多,但總還有農(nóng)藥殘留在蔬菜上.設(shè)用x單位量的水清洗一次以后,蔬菜上殘留的農(nóng)藥量與本次清洗前殘留的農(nóng)藥量之比為函數(shù)f(x). (1)試規(guī)定f(0)的值,并解釋其實(shí)際意義; (2)試根據(jù)假定寫出函數(shù)f(x)應(yīng)該滿足的條件和具有的性質(zhì); (3)設(shè)f(x)=,現(xiàn)有a(a>0)單位量的水,可以清洗一次,也 可以把水平均分成2份后清洗兩次,試問用哪種方案清洗后蔬菜上殘留的農(nóng)藥量比較少?說明理由 解:(1)f(0)=1表示沒有用水洗時(shí),蔬菜上的農(nóng)藥量將保持原樣. (2)函數(shù)f(x)應(yīng)該滿足的
21、條件和具有的性質(zhì)是:f(0)=1,f(1)=, 在[0,+∞)上f(x)單調(diào)遞減,且0<f(x)≤1. (3)設(shè)僅清洗一次,殘留的農(nóng)藥量為f1=,清洗兩次后,殘留的農(nóng)藥量為 f2=, 則f1-f2=. 于是,當(dāng)a>2時(shí),f1>f2;當(dāng)a=2時(shí),f1=f2;當(dāng)0<a<2時(shí),f1<f2. 因此,當(dāng)a>2時(shí),清洗兩次后殘留的農(nóng)藥量較少; 當(dāng)a=2時(shí),兩種清洗方法具有相同的效果; 當(dāng)0<a<2時(shí),一次清洗殘留的農(nóng)藥量較少. 點(diǎn)評:本題主要考查運(yùn)用所學(xué)數(shù)學(xué)知識(shí)和方法解決實(shí)際問題的能力。以及函數(shù)概念、性質(zhì)和不等式證明的基本方法。 題型6:指數(shù)、對數(shù)型函數(shù) 例11.有一個(gè)湖泊受污染
22、,其湖水的容量為V立方米,每天流入湖的水量等于流出湖的水量。現(xiàn)假設(shè)下雨和蒸發(fā)平衡,且污染物和湖水均勻混合。 用,表示某一時(shí)刻一立方米湖水中所含污染物的克數(shù)(我們稱其湖水污染質(zhì)量分?jǐn)?shù)),表示湖水污染初始質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 (1)當(dāng)湖水污染質(zhì)量分?jǐn)?shù)為常數(shù)時(shí),求湖水污染初始質(zhì)量分?jǐn)?shù); (2)分析時(shí),湖水的污染程度如何。 解析: (1)設(shè), 因?yàn)闉槌?shù),,即, 則; (2)設(shè), = 因?yàn)?,,。污染越來越?yán)重。 點(diǎn)評:通過研究指數(shù)函數(shù)的性質(zhì)解釋實(shí)際問題。我們要掌握底數(shù)兩種基本情況下函數(shù)的性質(zhì)特別是單調(diào)性和值域的差別,它能幫我們解釋具體問題。譬如向題目中出現(xiàn)的“污染越來越嚴(yán)重”還是“污染越
23、來越輕” 例12.現(xiàn)有某種細(xì)胞100個(gè),其中有占總數(shù)的細(xì)胞每小時(shí)分裂一次,即由1個(gè)細(xì)胞分裂成2個(gè)細(xì)胞,按這種規(guī)律發(fā)展下去,經(jīng)過多少小時(shí),細(xì)胞總數(shù)可以超過個(gè)?(參考數(shù)據(jù):). 解析:現(xiàn)有細(xì)胞100個(gè),先考慮經(jīng)過1、2、3、4個(gè)小時(shí)后的細(xì)胞總數(shù), 1小時(shí)后,細(xì)胞總數(shù)為; 2小時(shí)后,細(xì)胞總數(shù)為; 3小時(shí)后,細(xì)胞總數(shù)為; 4小時(shí)后,細(xì)胞總數(shù)為; 可見,細(xì)胞總數(shù)與時(shí)間(小時(shí))之間的函數(shù)關(guān)系為: , 由,得,兩邊取以10為底的對數(shù),得, ∴, ∵, ∴. 答:經(jīng)過46小時(shí),細(xì)胞總數(shù)超過個(gè)。 點(diǎn)評:對于指數(shù)函數(shù)、對數(shù)函數(shù)要熟練應(yīng)用近似計(jì)算的知識(shí),來對事件進(jìn)行合理的解析
24、。 五.思維總結(jié) 1.將實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為函數(shù)模型,比較常數(shù)函數(shù)、一次函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、對數(shù)函數(shù)模型的增長差異,結(jié)合實(shí)例體會(huì)直線上升、指數(shù)爆炸、對數(shù)增長等不同函數(shù)類型增長的含義。 2.怎樣選擇數(shù)學(xué)模型分析解決實(shí)際問題 數(shù)學(xué)應(yīng)用問題形式多樣,解法靈活。在應(yīng)用題的各種題型中,有這樣一類題型:信息由表格數(shù)據(jù)的形式給出,要求對數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的轉(zhuǎn)化處理,建立數(shù)學(xué)模型,解答有關(guān)的實(shí)際問題。解答此類題型主要有如下三種方法: (1)直接法:若由題中條件能明顯確定需要用的數(shù)學(xué)模型,或題中直接給出了需要用的數(shù)學(xué)模型,則可直接代入表中的數(shù)據(jù),問題即可獲解; (2)列式比較法:若題所涉及的是最優(yōu)化方案問題,則可根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)先列式,然后進(jìn)行比較; (3)描點(diǎn)觀察法:若根據(jù)題設(shè)條件不能直接確定需要用哪種數(shù)學(xué)模型,則可根據(jù)表中的數(shù)據(jù)在直角坐標(biāo)系中進(jìn)行描點(diǎn),作出散點(diǎn)圖,然后觀察這些點(diǎn)的位置變化情況,確定所需要用的數(shù)學(xué)模型,問題即可順利解決。下面舉例進(jìn)行說明。
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