高中數(shù)學(xué)人教A版選修44學(xué)案:第1講2 極坐標(biāo)系 Word版含解析
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1、 二 極坐標(biāo)系 1.理解極坐標(biāo)系的概念. 2.能在極坐標(biāo)系中用極坐標(biāo)刻畫(huà)點(diǎn)的位置,體會(huì)在極坐標(biāo)系和平面直角坐標(biāo)系中刻畫(huà)點(diǎn)的位置的區(qū)別.(難點(diǎn)) 3.掌握極坐標(biāo)和直角坐標(biāo)的互化關(guān)系式,能進(jìn)行極坐標(biāo)和直角坐標(biāo)的互化.(重點(diǎn)、易錯(cuò)點(diǎn)) [基礎(chǔ)·初探] 教材整理1 極坐標(biāo)系 閱讀教材P8~P10,完成下列問(wèn)題. 1.極坐標(biāo)系的概念 (1)極坐標(biāo)系的建立:在平面內(nèi)取一個(gè)定點(diǎn)O,叫做極點(diǎn);自極點(diǎn)O引一條射線Ox,叫做極軸;再選定一個(gè)長(zhǎng)度單位、一個(gè)角度單位(通常取弧度)及其正方向(通常取逆時(shí)針?lè)较?,這樣就建立了一個(gè)極坐標(biāo)系. (2)極坐標(biāo):設(shè)M是平面內(nèi)一
2、點(diǎn),極點(diǎn)O與點(diǎn)M的距離|OM|叫做點(diǎn)M的極徑,記為ρ;以極軸Ox為始邊,射線OM為終邊的角xOM叫做點(diǎn)M的極角,記為θ.有序數(shù)對(duì)(ρ,θ)叫做點(diǎn)M的極坐標(biāo),記為M(ρ,θ).一般地,不作特殊說(shuō)明時(shí),我們認(rèn)為ρ≥0,θ可取任意實(shí)數(shù). 2.點(diǎn)與極坐標(biāo)的關(guān)系 一般地,極坐標(biāo)(ρ,θ)與(ρ,θ+2kπ)(k∈Z)表示同一個(gè)點(diǎn).特別地,極點(diǎn)O的坐標(biāo)為(0,θ)(θ∈R). 如果規(guī)定ρ>0,0≤θ<2π,那么除極點(diǎn)外,平面內(nèi)的點(diǎn)可用惟一的極坐標(biāo)(ρ,θ)表示;同時(shí),極坐標(biāo)(ρ,θ)表示的點(diǎn)也是惟一確定的. 在極坐標(biāo)系中,ρ1=ρ2,且θ1=θ2是兩點(diǎn)M(ρ1,θ1)和N(ρ2,θ2)重合的(
3、 ) A.充分不必要條件 B.必要不充分條件 C.充要條件 D.既不充分也不必要條件 【解析】 前者顯然能推出后者,但后者不一定推出前者,因?yàn)棣?與θ2可相差2π的整數(shù)倍. 【答案】 A 教材整理2 極坐標(biāo)和直角坐標(biāo)的互化 閱讀教材P11,完成下列問(wèn)題. 1.互化背景:把直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)作為極點(diǎn),x軸的正半軸作為極軸,并在兩種坐標(biāo)系中取相同的長(zhǎng)度單位,如圖1-2-1所示. 圖1-2-1 2.互化公式:設(shè)M是平面內(nèi)任意一點(diǎn),它的直角坐標(biāo)是(x,y),極坐標(biāo)是(ρ,θ),于是極坐標(biāo)與直角坐標(biāo)的互化公式如表: 點(diǎn)M 直角坐標(biāo)(x,y) 極坐標(biāo)(ρ,θ) 互化公式
4、 ρ2=x2+y2, tan θ=(x≠0) 將點(diǎn)M的極坐標(biāo)化為直角坐標(biāo)是( ) A.(5,5) B.(5,5) C.(5,5) D.(-5,-5) 【解析】 x=ρcos θ=10 cos=5,y=ρsin θ=10sin=5. 【答案】 A [質(zhì)疑·手記](méi) 預(yù)習(xí)完成后,請(qǐng)將你的疑問(wèn)記錄,并與“小伙伴們”探討交流: 疑問(wèn)1: 解惑: 疑問(wèn)
5、2: 解惑: 疑問(wèn)3: 解惑: [小組合作型] 將點(diǎn)的極坐標(biāo)化為直角坐標(biāo) 寫(xiě)出下列各點(diǎn)的直角坐標(biāo),并判斷所表示的點(diǎn)在第幾象限.
6、(1);(2);(3);(4)(2,-2). 【思路探究】 點(diǎn)的極坐標(biāo)(ρ,θ)―→―→點(diǎn)的直角坐標(biāo)(x,y)―→判定點(diǎn)所在象限. 【自主解答】 (1)由題意知x=2cos=2×=-1,y=2sin=2×=-, ∴點(diǎn)的直角坐標(biāo)為,是第三象限內(nèi)的點(diǎn). (2)x=2cos π=-1,y=2sin π=, ∴點(diǎn)的直角坐標(biāo)為(-1,),是第二象限內(nèi)的點(diǎn). (3)x=2cos=1,y=2sin=-, ∴點(diǎn)的直角坐標(biāo)為(1,-),是第四象限內(nèi)的點(diǎn). (4)x=2cos (-2)=2cos 2,y=2sin(-2)=-2sin 2, ∴點(diǎn)(2,-2)的直角坐標(biāo)為(2cos 2,-2sin
7、2),是第三象限內(nèi)的點(diǎn). 1.點(diǎn)的極坐標(biāo)與直角坐標(biāo)的互化公式的三個(gè)前提條件:(1)極點(diǎn)與直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)重合;(2)極軸與直角坐標(biāo)系的x軸的正半軸重合;(3)兩種坐標(biāo)系的長(zhǎng)度單位相同. 2.將點(diǎn)的極坐標(biāo)(ρ,θ)化為點(diǎn)的直角坐標(biāo)(x,y)時(shí),運(yùn)用到求角θ的正弦值和余弦值,熟練掌握特殊角的三角函數(shù)值,靈活運(yùn)用三角恒等變換公式是關(guān)鍵. [再練一題] 1.分別把下列點(diǎn)的極坐標(biāo)化為直角坐標(biāo): (1);(2);(3)(π,π). 【解】 (1)∵x=ρcos θ=2cos=, y=ρsin θ=2sin=1, ∴點(diǎn)的極坐標(biāo)化為直角坐標(biāo)為(,1). (2)∵x=ρcos θ=3c
8、os=0, y=ρsin θ=3sin=3, ∴點(diǎn)的極坐標(biāo)化為直角坐標(biāo)為(0,3). (3)∵x=ρcos θ=πcos π=-π, y=ρsin θ=πsin π=0, ∴點(diǎn)的極坐標(biāo)(π,π)化為直角坐標(biāo)為(-π,0). 將點(diǎn)的直角坐標(biāo)化為極坐標(biāo) 分別把下列點(diǎn)的直角坐標(biāo)化為極坐標(biāo)(限定ρ≥0,0≤θ<2π): (1)(-2,2);(2)(,-);(3). 【思路探究】 利用公式ρ2=x2+y2,tan θ=(x≠0),但求角θ時(shí),要注意點(diǎn)所在的象限. 【自主解答】 (1)∵ρ===4, tan θ==-,θ∈[0,2π), 由于點(diǎn)(-2,2)在第二象限, ∴θ
9、=, ∴點(diǎn)的直角坐標(biāo)(-2,2)化為極坐標(biāo)為. (2)∵ρ===2, tan θ==-,θ∈[0,2π), 由于點(diǎn)(,-)在第四象限, ∴θ=, ∴點(diǎn)的直角坐標(biāo)(,-)化為極坐標(biāo)為. (3)∵ρ===, tan θ==1,θ∈[0,2π), 由于點(diǎn)在第一象限, ∴θ=, ∴點(diǎn)的直角坐標(biāo)化為極坐標(biāo)為. 1.將直角坐標(biāo)(x,y)化為極坐標(biāo)(ρ,θ),主要利用公式ρ2=x2+y2,tan θ=(x≠0)進(jìn)行求解,先求極徑,再求極角. 2.在[0,2π)范圍內(nèi),由tan θ=(x≠0)求θ時(shí),要根據(jù)直角坐標(biāo)的符號(hào)特征判斷出點(diǎn)所在的象限.如果允許θ∈R,再根據(jù)終邊相同的角的
10、意義,表示為θ+2kπ(k∈Z)即可. [再練一題] 2.已知下列各點(diǎn)的直角坐標(biāo),求它們的極坐標(biāo): (1)A(3,);(2)B(-2,-2); (3)C(0,-2);(4)D(3,0). 【解】 (1)由題意可知:ρ==2, tan θ=, 所以θ=,所以點(diǎn)A的極坐標(biāo)為. (2)ρ==4,tan θ==,又由于θ為第三象限角,故θ=π,所以B點(diǎn)的極坐標(biāo)為. (3)ρ==2,θ為π,θ在y軸負(fù)半軸上,所以C點(diǎn)的極坐標(biāo)為. (4)ρ==3,tan θ==0,故θ=0, 所以D點(diǎn)的極坐標(biāo)為(3,0). 極坐標(biāo)與直角坐標(biāo)的綜合應(yīng)用 在極坐標(biāo)系中,如果A,B為等邊
11、三角形ABC的兩個(gè)頂點(diǎn),求頂點(diǎn)C的極坐標(biāo)(ρ>0,0≤θ<2π). 【思路探究】 解答本題可以先利用極坐標(biāo)化為直角坐標(biāo),再根據(jù)等邊三角形的定義建立方程組求解點(diǎn)C的直角坐標(biāo),進(jìn)而求出點(diǎn)C的極坐標(biāo). 【自主解答】 對(duì)于點(diǎn)A有ρ=2,θ=, ∴x=2cos=,y=2sin=,則A(,). 對(duì)于B有ρ=2,θ=π, ∴x=2cos=-,y=2sin=-, ∴B(-,-). 設(shè)C點(diǎn)的坐標(biāo)為(x,y),由于△ABC為等邊三角形, 故|AB|=|BC|=|AC|=4, ∴有 解之得或 ∴C點(diǎn)的坐標(biāo)為(,-)或(-,), ∴ρ==2,tan θ==-1, ∴θ=或θ=. 故點(diǎn)C的極
12、坐標(biāo)為或. 1.本例綜合考查了點(diǎn)的極坐標(biāo)與直角坐標(biāo)的互化公式以及等邊三角形的意義和性質(zhì).結(jié)合幾何圖形可知,點(diǎn)C的坐標(biāo)有兩解,設(shè)出點(diǎn)的坐標(biāo)尋求等量關(guān)系建立方程組求解是關(guān)鍵. 2.若設(shè)出C(ρ,θ),利用余弦定理亦可求解. [再練一題] 3.本例中,如果點(diǎn)的極坐標(biāo)仍為A,B,且△ABC為等腰直角三角形,如何求直角頂點(diǎn)C的極坐標(biāo)? 【解】 對(duì)于點(diǎn)A,直角坐標(biāo)為(,), 點(diǎn)B的直角坐標(biāo)為(-,-), 設(shè)點(diǎn)C的直角坐標(biāo)為(x,y),由題意得AC⊥BC,且|AC|=|BC|, ∴·=0, 即(x-,y-)·(x+,y+)=0, ∴x2+y2=4. ① 又|A|2=|B|2,
13、于是(x-)2+(y-)2 =(x+)2+(y+)2, ∴y=-x,代入①,得x2=2,解得x=±, ∴或 ∴點(diǎn)C的直角坐標(biāo)為(,-)或(-,), ∴ρ==2,tan θ=-1,θ=或, ∴點(diǎn)C的極坐標(biāo)為或. [探究共研型] 極坐標(biāo) 探究1 如圖1-2-2是某校園的平面示意圖.假設(shè)某同學(xué)在教學(xué)樓處,請(qǐng)回答下列問(wèn)題: ①他向東偏北60°方向走120 m后到達(dá)什么位置?該位置惟一確定嗎? ②如果有人打聽(tīng)體育館和辦公樓的位置,他應(yīng)如何描述? 圖1-2-2 【提示】 以A為基點(diǎn),射線AB為參照方向,利用與A的距離、與AB所成的角,就可以刻畫(huà)平面上點(diǎn)的位置.①到達(dá)圖書(shū)館
14、,該位置惟一確定;②體育館在正東方向60 m處,辦公樓在西北方向50 m處. 探究2 在極坐標(biāo)系中,,,,表示的點(diǎn)有什么關(guān)系?你能從中體會(huì)極坐標(biāo)與直角坐標(biāo)在刻畫(huà)點(diǎn)的位置時(shí)的區(qū)別嗎? 【提示】 由終邊相同的角的定義可知,上述極坐標(biāo)表示同一個(gè)點(diǎn).實(shí)際上,(k∈Z)都表示這個(gè)點(diǎn). 設(shè)點(diǎn)A,直線l為過(guò)極點(diǎn)且垂直于極軸的直線,分別求點(diǎn)A關(guān)于極軸,直線l,極點(diǎn)的對(duì)稱點(diǎn)的極坐標(biāo)(限定ρ>0,-π<θ≤π). 【思路探究】 欲寫(xiě)出點(diǎn)的極坐標(biāo),首先應(yīng)確定ρ和θ的值. 【自主解答】 如圖所示,關(guān)于極軸的對(duì)稱點(diǎn)為B2,-, 關(guān)于直線l的對(duì)稱點(diǎn)為C, 關(guān)于極點(diǎn)O的對(duì)稱點(diǎn)為D. 四個(gè)點(diǎn)A,B,C,
15、D都在以極點(diǎn)為圓心,2為半徑的圓上. 1.點(diǎn)的極坐標(biāo)不是惟一的,但若限制ρ>0,0≤θ<2π,則除極點(diǎn)外,點(diǎn)的極坐標(biāo)是惟一確定的. 2.寫(xiě)點(diǎn)的極坐標(biāo)要注意順序:極徑ρ在前,極角θ在后,不能顛倒順序. [再練一題] 4.在極坐標(biāo)系中與點(diǎn)A關(guān)于極軸所在的直線對(duì)稱的點(diǎn)的極坐標(biāo)是( ) A. B. C. D. 【解析】 與點(diǎn)A關(guān)于極軸所在的直線對(duì)稱的點(diǎn)的極坐標(biāo)可以表示為(k∈Z). 【答案】 B [構(gòu)建·體系] 極坐標(biāo)系— 1.極坐標(biāo)系中,點(diǎn)M(1,0)關(guān)于極點(diǎn)的對(duì)稱點(diǎn)為( ) A.(1,0) B.(-1,π) C.(1,π) D.(1,2π) 【解析】
16、 ∵(ρ,θ)關(guān)于極點(diǎn)的對(duì)稱點(diǎn)為(ρ,π+θ), ∴M(1,0)關(guān)于極點(diǎn)的對(duì)稱點(diǎn)為(1,π). 【答案】 C 2.點(diǎn)A的極坐標(biāo)是,則點(diǎn)A的直角坐標(biāo)為( ) A.(-1,-) B.(-,1) C.(-,-1) D.(,-1) 【解析】 x=ρcos θ=2cosπ=-, y=ρsin θ=2sinπ=-1. 【答案】 C 3.點(diǎn)M的直角坐標(biāo)為,則點(diǎn)M的極坐標(biāo)可以為( ) A. B. C. D. 【解析】 ∵ρ==,且θ=, ∴M的極坐標(biāo)為. 【答案】 C 4.將極軸Ox繞極點(diǎn)順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)得到射線OP,在OP上取點(diǎn)M,使|OM|=2,則ρ>0,θ∈[0,
17、2π)時(shí)點(diǎn)M的極坐標(biāo)為_(kāi)_______,它關(guān)于極軸的對(duì)稱點(diǎn)的極坐標(biāo)為_(kāi)______________________________________(ρ>0,θ∈[0,2π)). 【解析】 ρ=|OM|=2,與OP終邊相同的角為-+2kπ(k∈Z). ∵θ∈[0,2π),∴k=1,θ=, ∴M, ∴M關(guān)于極軸的對(duì)稱點(diǎn)為. 【答案】 5.在極軸上求與點(diǎn)A距離為5的點(diǎn)M的坐標(biāo). 【解】 設(shè)M(r,0),∵A, ∴ =5, 即r2-8r+7=0, 解得r=1或r=7, ∴點(diǎn)M的坐標(biāo)為(1,0)或(7,0). 我還有這些不足: (1)
18、 (2) 我的課下提升方案: (1) (2) 學(xué)業(yè)分層測(cè)評(píng)(二) (建議用時(shí):45分鐘) [學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)] 一、選擇題
19、1.下列各點(diǎn)中與不表示極坐標(biāo)系中同一個(gè)點(diǎn)的是( ) A. B. C. D. 【解析】 與極坐標(biāo)相同的點(diǎn)可以表示為(k∈Z),只有不適合. 【答案】 C 2.將點(diǎn)的極坐標(biāo)(π,-2π)化為直角坐標(biāo)為( ) A.(π,0) B.(π,2π) C.(-π,0) D.(-2π,0) 【解析】 x=πcos(-2π)=π,y=πsin(-2π)=0, 所以點(diǎn)的極坐標(biāo)(π,-2π)化為直角坐標(biāo)為(π,0). 【答案】 A 3.若ρ1+ρ2=0,θ1+θ2=π,則點(diǎn)M1(ρ1,θ1)與點(diǎn)M2(ρ2,θ2)的位置關(guān)系是( ) A.關(guān)于極軸所在直線對(duì)稱 B.關(guān)于極點(diǎn)對(duì)稱 C
20、.關(guān)于過(guò)極點(diǎn)垂直于極軸的直線對(duì)稱 D.兩點(diǎn)重合 【解析】 因?yàn)辄c(diǎn)(ρ,θ)關(guān)于極軸所在直線對(duì)稱的點(diǎn)為(-ρ,π-θ).由此可知點(diǎn)(ρ1,θ1)和(ρ2,θ2)滿足ρ1+ρ2=0,θ1+θ2=π,是關(guān)于極軸所在直線對(duì)稱. 【答案】 A 4.在極坐標(biāo)系中,已知點(diǎn)P1、P2,則|P1P2|等于( ) A.9 B.10 C.14 D.2 【解析】 ∠P1OP2=-=,∴△P1OP2為直角三角形,由勾股定理可得|P1P2|=10. 【答案】 B 5.在平面直角坐標(biāo)系xOy中,點(diǎn)P的直角坐標(biāo)為(1,-).若以原點(diǎn)O為極點(diǎn),x軸正半軸為極軸建立極坐標(biāo)系,則點(diǎn)P的極坐標(biāo)可以
21、是 ( ) A. B. C. D. 【解析】 極徑ρ==2,極角θ滿足tan θ==-, ∵點(diǎn)(1,-)在第四象限,∴θ=-. 【答案】 A 二、填空題 6.平面直角坐標(biāo)系中,若點(diǎn)P經(jīng)過(guò)伸縮變換后的點(diǎn)為Q,則極坐標(biāo)系中,極坐標(biāo)為Q的點(diǎn)到極軸所在直線的距離等于________. 【解析】 ∵點(diǎn)P經(jīng)過(guò)伸縮變換后的點(diǎn)為Q,則極坐標(biāo)系中,極坐標(biāo)為Q的點(diǎn)到極軸所在直線的距離等于6=3. 【答案】 3 7.已知點(diǎn)P在第三象限角的平分線上,且到橫軸的距離為2,則當(dāng)ρ>0,θ∈[0,2π)時(shí),點(diǎn)P的極坐標(biāo)為_(kāi)_______. 【解析】 ∵點(diǎn)P(x,y)在第三象限角的平分線上
22、,且到橫軸的距離為2, ∴x=-2,且y=-2, ∴ρ==2, 又tan θ==1,且θ∈[0,2π),∴θ=. 因此點(diǎn)P的極坐標(biāo)為. 【答案】 8.極坐標(biāo)系中,點(diǎn)A的極坐標(biāo)是,則 (1)點(diǎn)A關(guān)于極軸的對(duì)稱點(diǎn)的極坐標(biāo)是________; (2)點(diǎn)A關(guān)于極點(diǎn)的對(duì)稱點(diǎn)的極坐標(biāo)是________; (3)點(diǎn)A關(guān)于過(guò)極點(diǎn)且垂直于極軸的直線的對(duì)稱點(diǎn)的極坐標(biāo)是________.(本題中規(guī)定ρ>0,θ∈[0,2π)) 【解析】 點(diǎn)A關(guān)于極軸的對(duì)稱點(diǎn)的極坐標(biāo)為;點(diǎn)A關(guān)于極點(diǎn)的對(duì)稱點(diǎn)的極坐標(biāo)為;點(diǎn)A關(guān)于過(guò)極點(diǎn)且垂直于極軸的直線的對(duì)稱點(diǎn)的極坐標(biāo)為. 【答案】 (1) (2) (3) 三、
23、解答題 9.(1)已知點(diǎn)的極坐標(biāo)分別為A,B,C,D,求它們的直角坐標(biāo). (2)已知點(diǎn)的直角坐標(biāo)分別為A(3,),B,C(-2,-2),求它們的極坐標(biāo)(ρ≥0,0≤θ<2π). 【解】 (1)根據(jù)x=ρcos θ,y=ρsin θ, 得A, B(-1,),C, D(0,-4). (2)根據(jù)ρ2=x2+y2,tan θ=得A,B,C. 10.在極坐標(biāo)系中,已知△ABC的三個(gè)頂點(diǎn)的極坐標(biāo)分別為A,B(2,π),C. (1)判斷△ABC的形狀; (2)求△ABC的面積. 【解】 (1)如圖所示,由A,B(2,π),C, 得|OA|=|OB|=|OC|=2, ∠AOB=∠BO
24、C=∠AOC=, ∴△AOB≌△BOC≌△AOC,∴AB=BC=CA,故△ABC為等邊三角形. (2)由上述可知, AC=2OAsin=2×2×=2. ∴S△ABC=×(2)2=3. [能力提升] 1.已知極坐標(biāo)平面內(nèi)的點(diǎn)P,則P關(guān)于極點(diǎn)的對(duì)稱點(diǎn)的極坐標(biāo)與直角坐標(biāo)分別為 ( ) A.,(1,) B.,(1,-) C.,(-1,) D.,(-1,-) 【解析】 點(diǎn)P關(guān)于極點(diǎn)的對(duì)稱點(diǎn)為 , 即,且x=2cos=-2cos =-1,y=2sin=-2sin=-. 【答案】 D 2.已知極坐標(biāo)系中,極點(diǎn)為O,0≤θ<2π,M,在直線OM上與點(diǎn)M的距離為4的點(diǎn)的極坐標(biāo)為
25、________. 【解析】 如圖所示,|OM|=3,∠x(chóng)OM=,在直線OM上取點(diǎn)P、Q,使|OP|=7,|OQ|=1,∠x(chóng)OP=,∠x(chóng)OQ=,顯然有|PM|=|OP|-|OM|=7-3=4,|QM|=|OM|+|OQ|=3+1=4. 【答案】 或 3.直線l過(guò)點(diǎn)A,B,則直線l與極軸夾角等于________. 【解析】 如圖所示,先在圖形中找到直線l與極軸夾角(要注意夾角是個(gè)銳角),然后根據(jù)點(diǎn)A,B的位置分析夾角大?。? 因?yàn)閨AO|=|BO|=3, ∠AOB=-=, 所以∠OAB==, 所以∠ACO=π--=. 【答案】 4.某大學(xué)校園的部分平面示意圖如圖1-2-3:用
26、點(diǎn)O,A,B,C,D,E,F(xiàn),G分別表示校門(mén),器材室,操場(chǎng),公寓,教學(xué)樓,圖書(shū)館,車(chē)庫(kù),花園,其中|AB|=|BC|,|OC|=600 m.建立適當(dāng)?shù)臉O坐標(biāo)系,寫(xiě)出除點(diǎn)B外各點(diǎn)的極坐標(biāo)(限定ρ≥0,0≤θ<2π且極點(diǎn)為(0,0)). 圖1-2-3 【解】 以點(diǎn)O為極點(diǎn),OA所在的射線為極軸Ox(單位長(zhǎng)度為1 m),建立極坐標(biāo)系, 由|OC|=600 m,∠AOC=,∠OAC=,得|AC|=300 m,|OA|=300 m, 又|AB|=|BC|,所以|AB|=150 m. 同理,得|OE|=2|OG|=300 m, 所以各點(diǎn)的極坐標(biāo)分別為O(0,0),A(300,0), C,D,E,F(xiàn)(300,π),G. 最新精品資料
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