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文档简介

1、高等数学部分第一讲 函数、极限、连续一、极限(一)极限基本概念1、极限的定义(1)数列极限:设为一个数列,为常数,若对任意,总存在,当时,有成立,则称为数列的极限,记或。(2)函数当自变量趋于无穷时的极限:设为一个函数,为一个常数,若对任意,存在,当时,有成立,称当时以为极限,记为或。(3)函数当自变量趋于有限值的极限:设为一个函数,为一个常数,若对任意,存在,当时,有成立,称当时以为极限,记为或。(4)左右极限:,分别称为函数在处的左右极限,存在都存在且相等。问题:(1)若对任意的,总存在,当时,有,数列是否以常数为极限?(2)若数列有一个子列以常数为极限,数列是否以常数为极限?(3)若数列

2、的奇子列与偶子列都存在极限,数列是否有极限?若其奇子列和偶子列极限存在且相等,数列的极限是否存在?2、无穷小(1)无穷小的定义:以零为极限的函数称为无穷小。(2)无穷小的性质1)有限个无穷小之和与积还是无穷小;2)有界函数与无穷小之积还是无穷小。特殊情况,常数与无穷小之积还是无穷小;3)极限与无穷小的关系:(3)无穷小的层次关系1)定义:2)性质:设,且存在,则;的充分必要条件是。(4)当时常见的等价无穷小:1);2);3)。(5)无穷大1)定义:2)无穷大与无穷小的关系。问题:(1)无穷多个无穷小之和是否一定是无穷小?(2)设都是无穷小,且,是否一定有?(3)有限个非无穷小之和或者积是否一定

3、不是无穷小?举例说明。(二)极限的性质1、极限的基本性质(1)唯一性:数列或函数极限存在必是唯一的。(2)有界性1)若数列极限存在,则该数列一定有界,反之不对。2)函数极限的局部有界性:(3)保号性1)若函数的极限大于(或小于)零,则函数在该点的去心邻域内也大于(或小于)零;2)若函数是非负(或非正)的,且函数的极限存在,则极限也是非负(或非正)。(4)列与子列极限极限的关系:2、极限的存在性定理与重要极限定理1 单调有界的数列必有极限。定理2 夹逼定理(数列及函数):重要极限:(1); (2); (3)。3、极限运算性质(1)四则运算性质(2)复合函数极限运算性质注解:问题:(1)若有界,是

4、否一定存在?(2)若,当时,是否一定有?举例说明。(3)若存在,及是否存在?若及存在,是否一定有存在?(4)若,且,是否一定有?举例说明。二、连续与间断(一)基本概念1、函数连续的定义(1)函数在一点连续的定义及等价定义(2)函数在闭区间上连续的定义2、间断及其间断点的分类(1)第一类间断点:(2)第二类间断点。(二)闭区间上连续函数的性质1、最值定理2、有界定理3、零点定理4、介值定理(1)最值型介值定理:(2)端点型介值定理:注解:(1)初等函数在其定义域内连续;(2)函数在一点连续的充分必要条件是该点的函数值、左右极限相等。问题:(1)设都在处间断,则是否一定在处间断?(2)若函数在一点

5、连续,函数是否在该点的邻域内也连续?举例说明。例题部分一、填空题1、。2、设,则。3、。4、设,则。5、设,则。6、。7、。8、。9、设在点处连续,则。二、解答题1、判别函数的奇偶性,并求其反函数。2、求下列极限:(1)。 (2)。(3)。 (4)。(5)。 (6)。(7)。 (8)。(9); (10)。(11); (12)。3、证明数列极限存在,并求其极限。4、设,证明数列收敛,并求。5、设为常数,。且,证明:。6、求极限。7、设,且,证明:存在,使得。第二讲 导数与微分一、导数的基本概念设在的邻域内有定义,若存在,则称函数在点可导,极限称为函数在处的导数,记为。注解:(1)若存在,称此极限

6、为函数在处的右导数,记为,若存在,称此极限为函数在处的左导数,记为,函数在处可导的充分必要条件是与都存在且相等。(2)导数的等价定义,。注解:导数的几何意义是:函数在某一点的导数即为函数所对应的曲线上的点切线的斜率。问题:(1)设存在,问是否存在?若存在求之,不存在举反例说明。(2)设存在,问是否存在?若存在证明之,若不存在举反例说明。(3)设存在,是否存在?说明理由。(4)设存在,是否存在?说明理由。(5)设在处可导,问是否在处连续?(6)在处可导,是否有在的邻域内连续?(7)是否存在只有一个可导点的函数?二、求导工具(一)求导基本公式1、(常数函数导数公式);2、,特殊情形(幂函数导数公式

7、);3、,特殊情形(指数函数导数公式);4、,特殊情形(对数函数导数公式);5、(三角函数导数公式):1); 2); 3);4); 5); 6);7); 8); 9)。6、(反三角函数导数公式):1); 2);3); 4)。7、补充公式:1); 2);3)。(二)求导法则1、四则求导法则(1);(2),;(3);(4)。2、复合函数求导法则设皆可导,则可导,且。3、反函数的导数设与互为可导的反函数,且,则。注解:(1)原函数与其反函数的导数之间为倒数关系;(2)二阶导数之间没有这种关系。三、可微与微分1、可微的定义2、连续、可导与可微的关系3、一阶微分形式的不变性4、求导类型(1)显函数的导数

8、;(2)参数方程的导数;(3)隐函数的导数;(4)变积分限的函数的导数;(5)分段函数的导数;(6)高阶导数。例题部分1、设存在,(1)求; (2)。2、设在处连续,且,求。3、设对任意的,有,且,证明处处可导。4、设与在坐标原点处相切,求。5、设在处可导,且,求。6、求下列函数的导数:(1);(2);(3)设,求; (4),求;(5)设,求; (6)设,求;(7)设,求。7、(1)设,讨论函数在处的连续性和可导性。(2)设在处可导,求常数。(3)设,其中,且在处可导,求。8、(1)设,求; (2)设,求;(3)设,求; (4)设,求。(5)设,求及。第三讲 一元函数微分学的应用一、 中值定理

9、1、(罗尔定理)设,在内可导,。则存在,使得。2、(拉格朗日定理)设,在内可导。则存在,使得。3、(柯西定理)设设,在内可导,。则存在,使得。4、(泰勒定理)设在的邻域内有直到阶导数。则有,其中称为余项,称为拉格朗日型余项,其中介于与之间;称为皮亚诺型余项。注解:1、中值定理中的条件是结论成立的充分条件,而非必要条件。2、柯西中值定理中用以保证定理结论的等式两端分母不可能为零。3、常用的马克劳林公式(1);(2);(3);(4);(5);(6);(7)。4、设在的邻域内有阶连续导数,则二、函数的单调性与极值1、函数的单调性(1)定义:(2)函数单调性判别法:2、函数的极值(1)函数极值的定义:

10、(2)必要条件(函数的极值点一定是函数的驻点或者不可导的点,反之不对)。(3)函数极值的判别:1)第一充分条件:2)第二充分条件:三、函数的最值1、设,求在上的最大值和最小值。2、实际问题最优解。3、具有唯一驻点的函数最值的讨论。注解:闭区间上连续函数的最大值和最小值不一定是其极大和极小值。四、函数的凹凸性与拐点1、曲线的凹凸及拐点的定义:2、曲线凹凸性的判别方法:五、渐近线1、铅直渐近线:若,称为曲线的一条铅直渐近线;2、水平渐近线:若,称为曲线的一条水平渐近线;3、斜渐近线:设为一条直线(其中),若,称直线为曲线的一条斜渐近线。若,则直线为曲线的一条斜渐近线。六、函数图象的描绘的步骤1、求

11、函数的定义域;2、求函数的一阶导数和二阶导数,并求出函数的驻点及不可导的点、二阶导数的零点及二阶不可导的点;3、求出函数的单调区间和凹凸区间及函数的极值点和拐点;4、求函数的铅直、水平及斜渐近线;5、描图。七、弧微分、曲率与曲率半径1、弧微分(1)设曲线,则;(2)设曲线,则;(3)设曲线,则。2、曲率及曲率半径(1)曲率:;(2)曲率半径:。例题部分一、选择题1、设在的邻域内连续,且,则在处 ( )不可导; 可导且; 取极大值; 取极小值。2、函数的零点个数是 ( )个; 个; 个; 个数与有关。3、设函数满足,且,则 ( )是的极大值; 是的极小值;是的拐点; 非极值,非拐点。二、解答题1

12、、设,在内可导,且,证明:存在,使得。2、设,在内可导(),且,证明:存在,使得。3、设,在内可导,证明:存在,使得。4、设。证明:存在,使得。5、设在上连续,在内二阶可导,连接两点的直线与曲线交于点,证明:存在,使得。6、证明下列不等式:(1)设。证明:当时,。(2)证明:。(3)设,证明:。7、(1)研究方程的实根个数。(2)讨论方程根的个数。第四讲 不定积分一、原函数与不定积分1、设为两个函数,若对任意的有,则称为的原函数。注解:(1)连续函数一定存在原函数,反之不对;(2)有第一类间断点的函数一定不存在原函数,但有第二类间断点的函数可能存在原函数,如 ,。(3)若一个函数存在原函数,则

13、一定存在无穷多个原函数,且任意两个原函数之间相差常数。2、不定积分一个函数的所以原函数称为该函数的不定积分,记为。注解:(1),;(2)一个可导的奇函数,其导函数及原函数皆为偶函数;(3)一个可导的偶函数,其导函数一定为奇函数,但其原函数不一定为奇函数。(4)周期函数的导数一定为周期函数,但其原函数不一定为周期函数。二、不定积分的性质1、;2、。三、不定积分基本公式1、;2、,;3、,;4、(1); (2);(3); (4);(5); (6);(7); (8);(9); (10)。5、(1), ;(2), ;(3);(4);(5);(6)。四、积分法1、换元积分法(1)第一类换元积分法。(2)

14、第二类换元积分法。2、分部积分法。3、特殊函数的积分(1)有理函数的积分:(2)三角有理函数的积分:(3)无理函数的积分:例题部分1、求下列不定积分:(1); (2);(3); (4);(5); (6)。2、求下列不定积分:(1); (2);(3); (4)。3、求下列不定积分:(1); (2);(3); (4)。第五讲 定积分一、 定积分的概念1、定积分的定义:设函数在区间上有界。(1)作,其中;(2)任取,作积分和;(3)令,若存在,则称函数在区间上可积,其极限称为函数在上的定积分,记为,即。注解:(1),反之不对。(2)定积分与区间划分无关。(3)区间上有界的函数不一定可积(举反例)(4

15、)连续函数一定可积,反之不对。(5)若一个函数只有有限个第一类间断点,则一定可积。(6)若函数在区间上可积,则。(7)设函数是可积的,则有,。二、定积分的性质设函数和可积,则有1、。2、(其中为常数)。3、。4、。5、设函数在区间上可积且,则。推论1 设在区间上,则。推论2 设函数在区间上可积,则。6、设函数在区间上满足,则有。7(积分中值定理)设函数在区间上连续,则存在,使得。8(1)设函数在上连续,且,则。(2)设函数在上连续,且不恒为零,则。(3)设在上连续,且不恒等于,则有。9、(积分第一中值定理)设函数和在上连续,且,则存在,使得。证明:因为在上连续,所以在上一定可取到最大和最小值,

16、分别设为和,则。因为,所以,两边在上积分,得。情形一:,根据补充性质1得,则对一切的,原等式都成立。情形二:,由,得,再由闭区间上连续函数的介值定理,存在,使得,于是有。10、(柯西不等式)设和在区间上可积,则。三、积分学基本理论定理1 设函数在上连续,令,则。定理2(积分基本公式)设函数在上连续,且为的一个原函数,则。注解:(1)连续函数一定存在原函数,且其原函数具有可导性。(2)变积分限的求导可作如下推广:1)。2)。3)若积分限是含有的函数,而被积表达式中除积分变量外还含有,在求关于的导数时,一般要先处理被积表达式中的。如: 四、积分法1、换元积分法设函数在上连续,令可导,且,则 。2、

17、分部积分法设在上连续可导,则。五、重要公式或结论1、三角函数在特定区间上的积分性质(1)特例:,。(2),特例:,(3)。(4)。2、周期函数的积分性质设是以为周期的周期函数,则有(1),其中为任意实数。(2)。3、对称区间上函数的积分性质设在区间上连续,则(1)。(2)若,则。(3),则。六、广义积分1、积分区间有限被积函数无界的广义积分(1)设在上连续,则。(2)设在上连续,则。(3)设在上连续,则。2、积分区间无限的广义积分(1)设在上连续,则。(2)设在上连续,则。(3)设在上连续,则。七、定积分的应用(一)几何应用1、平面图形的面积(1)设,则。(2)设,则。(3)设,则。(4)设曲

18、线,则绕轴旋转一周所得旋转体表面积为。2、空间几何体的体积(1)曲线分别绕轴和轴旋转所得旋转体的体积分别为,。(2)设一个几何体位于平面与之间,对任意的,平面所得的截口面积为,则几何体的体积为。3、平面曲线的长度(1)设曲线,则。(2)设曲线,则。(3)设曲线,则。(二)物理应用1、引力(质点与线段之间或者线段与线段之间)、压力。2、变力沿直线运动所做的功。例题部分一、求下列极限:1、;2、;3、;4、;5、设可微,且,又,求。二、求下列定积分:1、;2、;3、设,求;4、求;5、求;6、(其中为任意常数)。三、证明下列等式:1、(1);(2);2、设是以正数为周期的连续函数,证明:;3、;4

19、、设在上可微,且,证明:存在,使得。5、设在上二阶连续可导,且,证明:存在,使得。四、证明下列不等式:1、设在区间上连续,证明:。2、设在区间上连续可导,且,证明:。3、设在区间上连续且单调增加,证明:。4、设在区间上连续可导,证明:。5、对任意的有,证明:。第六讲 多元函数微分学一、 基本概念1、多元函数的极限设的定义域为,为平面上一点,如果对任意的,存在,当时,有,则称为函数当时的极限,记为。2、多元函数的连续设函数在点的邻域内有定义,如果有,则称函数在点处连续。3、偏导数设函数在点的邻域内有定义,称为函数在点处关于的偏增量;为函数在点处关于的偏增量;为函数在点处的全增量。若存在,称函数在

20、点处关于变量可偏导,极限称为函数在点处关于的偏导数,记为,或者。若存在,称函数在点处关于变量可偏导,极限称为函数在点处关于的偏导数,记为,或者。4、可微与全微分设函数在点的邻域内有定义,其中是两个常数,则称函数在点处可微,称为函数在点处的全微分,记为。若函数是可微函数时,其全微分为。5、方向导数设函数在点的邻域内有定义,从引一条射线,设,令。若存在,称此极限为函数在点处沿射线的方向导数,记为。6、梯度设函数为可微函数,则称为函数的梯度,记为。7、高阶导数二阶以二阶以上的偏导数称为高阶偏导数。注解:1、若在点可微,则,。2、多元函数在一点处的连续、可偏导与可微之间的关系(1)函数在点可微,则函数

21、在点处既连续又可偏导。(2)函数在点有连续的偏导数,则函数在点处可微,反之不对。3、设在点可微,则(其中为射线与轴正向的夹角)。4、设在点可微,则(其中为射线与轴、轴、轴正向的夹角)。5、梯度的方向是函数在一点处方向导数最大的方向,梯度的模为方向导数的最大值。因为(其中为与的夹角),所以当时,此时取最大值。6、若函数的二阶混合偏导数与都连续时,但反之不对。二、偏导数的求法1、显函数求偏导数的方法。2、复合函数求偏导数的方法。(1)设关于有连续的偏导数,关于有连续的偏导数,则。(2)设关于有连续的偏导数,关于有连续的偏导数,则。3、隐函数求偏导数(1)设,则。(2)设,则。4、隐函数组求偏导数(

22、1)设,则,其中。(2)设,则,其中。三、多元函数微分学的应用1、空间曲线的切线与法平面(1)设空间曲线,对应曲线上的点为,则过点的曲线的切向量为,切线方程为,法平面方程为。(2)设空间曲线,则过点的曲线的切向量为,切线与法平面方程略。2、空间曲面的切平面与法线设曲面,点,则在点处且平面的法向量为,切平面方程为,法线方程为。四、极值问题1、无条件极值:设,求目标函数的极值称为无条件极值,步骤如下:(1)确定函数的定义域;(2)由,求出函数的驻点;(3)利用判别定理判别所求的驻点是否是函数的极值点,如为函数的驻点,令,则1)当时,为函数的极值点。当时为极小点,当时为极大点;2)当时,不是函数的极

23、值点;3)当时,无法确定是否是函数的极值点(有更进一步的讨论)。2、条件极值及Lagrange乘数法例题部分1、设,讨论在处的可偏导性。2、设,讨论在点的连续性和可偏导性。3、设,讨论在处的连续性、可偏导性、可微分性、一阶偏导数的连续性。4、求下列函数的偏导数:(1)设,求;(2)设,且有二阶连续的偏导数,求;(3)设确定两个一元函数,且有一阶连续的偏导数,求。(4)设,且是由确定的的函数,其中具有一阶连续的偏导数,求。5、求函数的极值。6、求椭球的内接长方体的体积。第七讲 重积分一、重积分的概念1、二重积分(1)实际例子(2)定义2、三重积分(1)实际例子(2)定义二、重积分的性质1、二重积

24、分的性质2、三重积分的性质三、重积分的计算方法1、二重积分的计算方法(1)直角坐标法(化二重积分为累次积分)(2)坐标变换法(3)特殊计算法(如奇偶性等)2、三重积分的计算方法(1)直角坐标法(2)柱面坐标变换法(3)球面坐标变换法(4)特殊计算法四、重积分的应用1、几何应用2、物理应用例题部分一、改变下列积分的次序:1、;2、;二、计算下列二重积分:1、,其中由与围成。2、,其中由与围成。3、,其中。4、,其中由围成。5、,其中由围成。第八讲 微分方程一、微分方程的基本概念1、微分方程的定义:2、微分方程的解、特解及通解:3、微分方程的阶数:二、一阶微分方程及其解法1、可分离变量的微分方程(

25、1)定义:(2)解法:2、齐次微分方程(1)定义:(2)解法:3、一阶线性微分方程(1)一阶齐次线性微分方程及解法:(2)一阶非齐线性微分方程及解法:4、贝努利方程(1)定义:(2)解法:5、全微分方程(1)定义:(2)解法:三、高阶微分方程(一)可降阶的高阶微分方程1、;2、;3、。(二)高阶线性微分方程1、高阶线性微分方程的定义:称 ()为阶齐次线性微分方程;称 ()为阶非齐线性微分方程。2、高阶线性微分方程解的基本理论(1)设为()的一组解,则也为()的一个解,其中为任意常数;(2)设为()的一个解,为()的一个解,则为()的一个解;(3)设为()的两个解,则为()的一个解;(4)设,且

26、分别为与的两个解,则为()的一个解;(5)设为()的线性无关解,则()的通解为,其中为任意常数;(6)设为()的线性无关解,为()的一个特解,则()的通解为,其中为任意常数。注解:设为()的个线性无关解,则()的通解为,其中为任意常数,且。3、二阶(及高阶)常系数齐次线性微分方程称 ()(其中为常数)为二阶常系数齐次线性微分方程,称 为其特征方程。(1)若,特征方程有两个不等实根,则()的通解为(其中为任意常数);(2)若,特征方程有两个相等实根,则()的通解为(其中为任意常数);(3)若,特征方程有两个虚根,则()的通解为(其中为任意常数)。4、二阶常系数非齐线性微分方程(1):(2):(三

27、)欧拉方程(1)定义:(2)解法:例题部分一、求下列一阶微分方程的通解:1、;2、;3、;4、;5、;二、求下列微分方程的解:1、求方程满足初始条件的特解;2、求微分方程的通解。三、求下列方程的解:1、求微分方程的通解;2、。线性代数部分第一讲 行列式一、基本概念1、逆序设是一对不等的正整数,若,则称为一对逆序。2、逆序数设是的一个排列,该排列所含的逆序总数称为该排列的逆序数,记为,逆序数为奇数的排列称为奇排列,逆序数为偶数的排列称为偶排列。3、对换对排列中任意两个数的位置进行对调,称为对该排列的一次对换,对换改变排列的奇偶性。4、行列式由个数组成的下列记号,称为阶行列式,规定。5、余子式与代

28、数余子式把行列式中元素所在的行元素和列元素去掉,剩下的行和列元素按照元素原来的排列次序构成的阶行列式,称为元素的余子式,记为,称为元素的代数余子式。二、几个特殊的高阶行列式以下几种行列式为常用的特殊行列式,其计算非常方便,应用也非常广泛:1、对角行列式形如,称为对角行列式,对角行列式等于其对角线上元素之积。2、上(下)三角行列式称及为上三角行列式和下三角行列式,它们都等于主对角线上的元素之积。3、范得蒙行列式形如称为阶范得蒙行列式,且。4、广义对角行列式形如(其中为方阵)称为广义对角行列式,且。5、设分别为和阶矩阵,则,。三、行列式的性质(一)把行列式转化为特殊行列式的性质1、行列式与其转置行

29、列式相等,即。2、对调两行(或列)行列式改变符号。3、行列式某行(或列)有公因子可以提取到行列式的外面。推论:(1)行列式某行(或列)元素全为零,则该行列式为零。(2)行列式某两行(或列)相同,行列式为零。(3)行列式某两行(或列)元素对应成比例,行列式为零。4、行列式的某行(或列)的每个元素皆为两数之和时,行列式可分解为两个行列式,即。5、行列式的某行(或列)的倍数加到另一行(或列),行列式不变,即,其中为任意常数。(二)行列式降阶的性质6、行列式等于行列式某行(或列)元素与其对应的代数余子式之积的和,即,。7、行列式的某行(或列)元素与另一行(或列)元素的代数余子式之积的和为零。四、行列式

30、的应用克莱姆法则对方程组()及()其中称为非齐方程组,称为对应的齐次方程组或的导出方程组。令,其中称为系数行列式,我们有定理1只有零解的充分必要条件是;有非零解(或者有无穷多个解)的充分必要条件是。定理2有唯一解的充分必要条件是,且;当时,要么无解,要么有无穷多个解。基本题型1、用两种方法计算行列式(答案:)2计算行列式:(1); (2),其中是方程的三个根。3、设是阶矩阵,是阶矩阵,且,求。4、设,求(1);(2)。5、设为4维列向量,且,求。6、计算,其中。第二讲 矩阵一 、基本概念及其运算(一)基本概念1、矩阵:2、同型矩阵及矩阵相等:(二)特殊矩阵1、对称矩阵与反对称矩阵:2、转置矩阵

31、:3、可逆矩阵:4、正交矩阵:5、伴随矩阵设为矩阵,将矩阵中的第行和列去掉,余下的元素按照原来的元素排列次序构成的阶行列式,称为元素的余子式,记为,同时称为元素的代数余子式,这样矩阵中的每一个元素都有自己的代数余子式,记,称为矩阵的伴随矩阵。6、非奇异矩阵设为一个阶矩阵,若,则称矩阵为非奇异矩阵。(三)矩阵的四则运算及性质1、矩阵的四则运算(1)矩阵加减法:(2)矩阵乘法:1)数与矩阵的乘法: 2)矩阵与矩阵的乘法:2、矩阵四则运算的性质(1)交换律:。(2)结合律:1)。 2)。(3)分配律:1)。 2)。3)。 4)。(4)。(四)矩阵转置性质1、。2、(其中为常数)。3、。4、。(五)逆

32、矩阵的性质1、。2、(其中为非零常数)。3、,更进一步。4、。5、设可逆,则。6、设都是可逆矩阵,则。(六)矩阵对应的行列式的性质1、设为同阶方阵,则。 2、。3、。 4、。 5、设矩阵可逆,则。二、逆矩阵的存在性与求法(一)矩阵可逆的充要条件定理:设为阶矩阵,则矩阵可逆的充分必要条件是。(二)逆矩阵的求法1、伴随矩阵法:若,则。2、初等变换法的思想体系及逆阵求法:。三、初等变换、初等矩阵、矩阵等价(一)矩阵的初等变换1、对调矩阵的两行;2、矩阵的某行乘以非零常数倍;3、矩阵某行的倍数加到另一行。以上三种变换称为矩阵的三种初等行变换,若对矩阵的列进行以上三种变换,称为矩阵的初等列变换,矩阵的初等行变换和初等列变换统称为矩阵的初等变换。(二)初等矩阵及性质以下三种矩阵称为初等矩阵1、。性质:1)相当于把矩阵的第行与第行对调,相当于把矩阵的第列与列对调;2); 3)。2、。性质:1)相当于把矩阵的第行乘以非零常数,相当于把矩阵的第列乘以非零常数;2);3)。3、。性质:1)相当于把矩阵得第行的倍

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