2018-2019学年人教A版数学选修4-4同步指导学案:第二讲 参数方程 一 第二课时_第1页
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文档简介

学必求其心得,业必贵于专精学必求其心得,业必贵于专精学必求其心得,业必贵于专精第2课时参数方程和普通方程的互化学习目标1。了解参数方程化为普通方程的意义.2.掌握参数方程化为普通方程的基本方法.3.能根据参数方程与普通方程的互化灵活解决问题.知识点参数方程和普通方程的互化思考1要判断一个点是否在曲线上,你觉得用参数方程方便还是用普通方程方便?答案用普通方程比较方便.思考2把参数方程化为普通方程的关键是什么?答案关键是消参数.梳理(1)曲线的普通方程和参数方程的互相转化①曲线的参数方程和普通方程是曲线方程的不同形式.一般地,可以通过消去参数而从参数方程得到普通方程;②如果知道变数x,y中的一个与参数t的关系,例如x=f(t),把它代入普通方程,求出另一个变数与参数的关系y=g(t),那么eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=ft,,y=gt))就是曲线的参数方程.(2)参数方程化为普通方程的三种常用方法①代入法:利用解方程的技巧求出参数t,然后代入消去参数;②三角函数法:利用三角恒等式消去参数;③整体消元法:根据参数方程本身的结构特征,从整体上消去.特别提醒:化参数方程为普通方程F(x,y)=0,在消参过程中注意变量x,y的取值范围,必须根据参数的取值范围,确定f(t)和g(t)的值域得x,y的取值范围。类型一参数方程化为普通方程例1将下列参数方程化为普通方程,并判断曲线的形状.(1)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=\r(t)+1,,y=1-2\r(t)))(t为参数);(2)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=5cosθ,,y=4sinθ-1))(θ为参数);(3)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=\f(1-t,1+t),,y=\f(2t,1+t)))(t≠-1,t为参数).解(1)由x=eq\r(t)+1≥1,得eq\r(t)=x-1,代入y=1-2eq\r(t),得y=-2x+3(x≥1),这是以(1,1)为端点的一条射线.(2)由eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=5cosθ,,y=4sinθ-1,))得eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(cosθ=\f(x,5),①,sinθ=\f(y+1,4),

②))①2+②2,得eq\f(x2,25)+eq\f(y+12,16)=1,这是椭圆.(3)方法一x+y=eq\f(1-t,1+t)+eq\f(2t,1+t)=eq\f(1+t,1+t)=1,又x=eq\f(1-t,1+t)=eq\f(2,1+t)-1,故x≠-1,y=eq\f(2t,1+t)=eq\f(21+t-2,1+t)=2-eq\f(2,1+t),故y≠2,所以所求的方程为x+y=1(x≠-1,y≠2).方程表示直线(去掉一点(-1,2)).方法二由x=eq\f(1-t,1+t),所以x+xt=1-t,所以(x+1)t=1-x,即t=eq\f(1-x,1+x),代入y中得,y=eq\f(2t,1+t)=eq\f(2×\f(1-x,1+x),1+\f(1-x,1+x))=eq\f(21-x,1+x+1-x)=1-x,所以x+y=1(x≠-1,y≠2).方程表示直线(去掉一点(-1,2)).反思与感悟消去参数方程中参数的技巧(1)加减消参数法:如果参数方程中参数的符号相等或相反,常常利用两式相减或相加的方法消去参数.(2)代入消参数法:利用方程思想,解出参数的值,代入另一个方程消去参数的方法,称为代入消参法,这是非常重要的消参方法.(3)三角函数式消参数法:利用三角函数基本关系式sin2θ+cos2θ=1消去参数θ.跟踪训练1将下列参数方程化为普通方程:(1)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=t+\f(1,t),,y=t2+\f(1,t2)))(t为参数);(2)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=2+3cosθ,,y=3sinθ))(θ为参数).解(1)∵x=t+eq\f(1,t),∴x2=t2+eq\f(1,t2)+2,把y=t2+eq\f(1,t2)代入得x2=y+2。又∵当t>0时,x=t+eq\f(1,t)≥2,当且仅当t=1时等号成立;当t<0时,x=t+eq\f(1,t)≤-2,当且仅当t=-1时等号成立.∴x≥2或x≤-2,∴普通方程为x2=y+2(x≥2或x≤-2).(2)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=2+3cosθ,,y=3sinθ))可化为eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x-2=3cosθ,,y=3sinθ,))两式平方相加得(x-2)2+y2=9,即普通方程为(x-2)2+y2=9。类型二普通方程化为参数方程例2已知圆C的方程为x2+y2-2x=0,根据下列条件,求圆C的参数方程.(1)以过原点的直线的倾斜角θ为参数;(2)设x=2m,m为参数.解(1)过原点且倾斜角为θ的直线方程为y=xtanθ,由方程组eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x2+y2-2x=0,,y=xtanθ))消去y,得x2+x2tan2θ-2x=0,解得x=0或x=eq\f(2,1+tan2θ)=eq\f(2cos2θ,sin2θ+cos2θ)=2cos2θ。当x=0时,y=0,当x=2cos2θ时,y=xtanθ=2cosθ·sinθ=sin2θ.又eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=0,,y=0))适合参数方程eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=2cos2θ,,y=sin2θ,))∴所求圆C的参数方程为eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=2cos2θ,,y=sin2θ))(θ为参数,0≤θ<π).(2)把x=2m代入圆C的普通方程,得4m2+y2-4m=0,可得y2=4m-4m2,即y=±2eq\r(m-m2),∴所求圆C的参数方程为eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=2m,,y=±2\r(m-m2)))(m为参数).反思与感悟(1)普通方程化为参数方程时,选取参数后,要特别注意参数的取值范围,它将决定参数方程是否与普通方程等价.(2)参数的选取不同,得到的参数方程是不同的.跟踪训练2已知曲线的普通方程为4x2+y2=16.(1)若令y=4sinθ(θ为参数),如何求曲线的参数方程?(2)若令y=t(t为参数),如何求曲线的参数方程?若令x=2t(t为参数),如何求曲线的参数方程?解(1)把y=4sinθ代入方程,得到4x2+16sin2θ=16,于是4x2=16-16sin2θ=16cos2θ,∴x=±2cosθ(由θ的任意性可取x=2cosθ).∴4x2+y2=16的参数方程是eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=2cosθ,,y=4sinθ))(θ为参数).(2)将y=t代入普通方程4x2+y2=16,得4x2+t2=16,则x2=eq\f(16-t2,4),∴x=±eq\f(\r(16-t2),2).因此,椭圆4x2+y2=16的参数方程是eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=\f(\r(16-t2),2),,y=t))和eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=-\f(\r(16-t2),2),,y=t))(t为参数)同理将x=2t代入普通方程4x2+y2=16,得参数方程为eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=2t,,y=4\r(1-t2)))和eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=2t,,y=-4\r(1-t2)))(t为参数).类型三参数方程与普通方程互化的应用例3已知x,y满足圆C:x2+(y-1)2=1的方程,直线l的参数方程为eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=\f(\r(3),3)t,,y=-t+5))(t为参数).(1)求3x+4y的最大值和最小值;(2)若P(x,y)是圆C上的点,求P到直线l的最小距离,并求此时点P的坐标.解圆C的参数方程为eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=cosθ,,y=sinθ+1))(θ为参数),直线l的普通方程为eq\r(3)x+y-5=0。(1)3x+4y=3cosθ+4sinθ+4=5sin(θ+φ)+4,tanφ=eq\f(3,4),∴3x+4y的最大值为9,最小值为-1.(2)P到直线l的距离为d=eq\f(|\r(3)cosθ+sinθ-4|,2)=eq\f(\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(2sin\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(θ+\f(π,3)))-4)),2),当θ+eq\f(π,3)=eq\f(π,2),即θ=eq\f(π,6)时,dmin=1,此时,x=coseq\f(π,6)=eq\f(\r(3),2),y=sineq\f(π,6)+1=eq\f(3,2),∴点P的坐标为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(\r(3),2),\f(3,2))).反思与感悟(1)参普互化有利于问题的解决,根据需要,合理选择用参数方程还是普通方程.(2)解决与圆有关的最大值,最小值问题时,通常用圆的参数方程,将问题转化为求三角函数的最大值,最小值问题.跟踪训练3在平面直角坐标系xOy中,直线l的方程为x-y+4=0。以原点O为极点,以x轴正半轴为极轴的极坐标系中,曲线C的极坐标方程为ρ2-4eq\r(2)ρcoseq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(θ-\f(π,4)))+6=0.(1)求直线l的极坐标方程,曲线C的直角坐标方程;(2)若点P是曲线C上任意一点,P点的直角坐标为(x,y),求x+2y的最大值和最小值.解(1)直线l的方程为x-y+4=0,因为x=ρcosθ,y=ρsinθ,所以l的极坐标方程为ρcosθ-ρsinθ+4=0。又曲线C的极坐标方程为ρ2-4eq\r(2)ρcoseq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(θ-\f(π,4)))+6=0,所以ρ2-4ρcosθ-4ρsinθ+6=0,因为ρ2=x2+y2,x=ρcosθ,y=ρsinθ,所以曲线C的直角坐标方程为(x-2)2+(y-2)2=2。(2)由(1)知曲线C的参数方程为eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=2+\r(2)cosθ,,y=2+\r(2)sinθ))(θ为参数),所以x+2y=(2+eq\r(2)cosθ)+2(2+eq\r(2)sinθ)=6+eq\r(2)(cosθ+2sinθ)=6+eq\r(10)sin(θ+φ),tanφ=eq\f(1,2)。当sin(θ+φ)=-1时,x+2y有最小值6-eq\r(10),当sin(θ+φ)=1时,x+2y有最大值6+eq\r(10).1.若点P在曲线ρcosθ+2ρsinθ=3上,其中0≤θ≤eq\f(π,4),ρ>0,则点P的轨迹是()A.直线x+2y=3B.以(3,0)为端点的射线C.圆(x-1)2+y2=1D.以(1,1),(3,0)为端点的线段答案D2.将参数方程eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=2+sin2θ,,y=sin2θ))(θ为参数)化成普通方程为()A.y=x-2 B.y=x+2C.y=x-2(2≤x≤3) D.y=x+2(0≤y≤1)答案C解析由x=2+sin2θ,得sin2θ=x-2,代入y=sin2θ,∴y=x-2.又sin2θ=x-2∈[0,1],∴x∈[2,3].3.参数方程eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=sin2θ,,y=sinθ+cosθ))(θ为参数)表示的曲线的普通方程是_____________________.答案y2=x+1(-1≤x≤1)4.将参数方程eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=t+\f(1,t),,y=t2+\f(1,t2)))(t为参数)化成普通方程为____________________.答案x2-y=2(y≥2)解析由x=t+eq\f(1,t),得x2=t2+eq\f(1,t2)+2,又y=t2+eq\f(1,t2),∴x2=y+2.∵t2+eq\f(1,t2)≥2,∴y≥2。5.参数方程eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=3cosφ+4sinφ,,y=4cosφ-3sinφ))(φ为参数)表示的图形是________.答案圆解析x2+y2=(3cosφ+4sinφ)2+(4cosφ-3sinφ)2=25,表示圆.1.参数方程和普通方程的互化参数方程化为普通方程,可通过代入消元法和三角恒等式消参法消去参数方程中的参数,通过曲线的普通方程来判断曲线的类型,研究曲线的性质.由普通方程化为参数方程要选定恰当的参数,寻求曲线上任一点M的坐标(x,y)和参数的关系,根据实际问题的要求,可以选择时间、角度、线段长度、直线的斜率、截距等作为参数.2.同一问题参数的选择往往不是惟一的,适当地选择参数,可以简化解题的过程,降低计算量,提高准确率.3.参数方程与普通方程的等价性把参数方程化为普通方程后,很容易改变变量的取值范围,从而使得两种方程所表示的曲线不一致,因此我们要注意参数方程与普通方程的等价性.一、选择题1.曲线eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=|sinθ|,,y=cosθ))(θ为参数)的方程等价于()A.x=eq\r(1-y2) B.y=eq\r(1-x2)C.y=±eq\r(1-x2) D.x2+y2=1答案A2.已知直线l:eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=2+t,,y=-2-t))(t为参数)与圆C:eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=2cosθ+1,,y=2sinθ))(θ为参数),则直线l的倾斜角及圆心C的直角坐标分别为()A。eq\f(π,4),(1,0) B.eq\f(π,4),(-1,0)C.eq\f(3π,4),(1,0) D。eq\f(3π,4),(-1,0)答案C3.参数方程eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=2+sin2θ,,y=-1+cos2θ))(θ为参数)化为普通方程是()A.2x-y+4=0B.2x+y-4=0C.2x-y+4=0,x∈[2,3]D.2x+y-4=0,x∈[2,3]答案D解析由条件可得cos2θ=y+1=1-2sin2θ=1-2(x-2),化简可得2x+y-4=0,x∈[2,3].4.过原点作倾斜角为θ的直线与圆eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=4+2cosα,y=2sinα))(α为参数)相切,则θ等于()A。eq\f(π,6) B。eq\f(5π,6)C。eq\f(π,6)或eq\f(5π,6) D.eq\f(π,3)答案C解析直线为y=xtanθ,圆为(x-4)2+y2=4,直线与圆相切时,易知tanθ=±eq\f(\r(3),3),∴θ=eq\f(π,6)或eq\f(5π,6)。5.下列参数方程中,与普通方程y2=x表示同一曲线的是()A。eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=t,,y=t2))(t为参数) B.eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=sin2t,,y=sint))(t为参数)C。eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=t,,y=\r(t)))(t为参数) D。eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=t2,,y=t))(t为参数)答案D解析由参数方程eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=t2,,y=t))消去参数t,可得y2=x.又参数方程eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=t2,,y=t))满足x≥0,y∈R,故选D。二、填空题6.设y=tx(t为参数),则圆x2+y2-4y=0的参数方程是____________________.答案eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=\f(4t,1+t2),,y=\f(4t2,1+t2)))(t为参数)解析把y=tx代入x2+y2-4y=0,得x=eq\f(4t,1+t2)或x=0,当x=0时,y=0,当x=eq\f(4t,1+t2)时,y=eq\f(4t2,1+t2),又eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=0,,y=0))适合参数方程eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=\f(4t,1+t2),,y=\f(4t2,1+t2),))∴参数方程为eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=\f(4t,1+t2),,y=\f(4t2,1+t2)))(t为参数).7.若曲线的参数方程为eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=\f(-k,k2+4),,,y=\f(4,k2+4)))(k为参数),则其普通方程为________________.答案4x2+y2-y=0(0<y≤1)解析由eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=\f(-k,k2+4),,y=\f(4,k2+4)))(k为参数)两式相除,得k=-eq\f(4x,y),代入y=eq\f(4,k2+4),得4x2+y2-y=0.由于y=eq\f(4,k2+4)∈(0,1],所以曲线的普通方程为4x2+y2-y=0(0〈y≤1).8.在平面直角坐标系中,倾斜角为eq\f(π,4)的直角l与曲线C:eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=2+cosα,,y=1+sinα))(α为参数)交于A,B两点,且|AB|=2,以坐标原点O为极点,x轴正半轴为极轴建立极坐标系,则直线l的极坐标方程是________________.答案ρ(cosθ-sinθ)=1解析设倾斜角为eq\f(π,4)的直线l的方程为y=x+b,曲线C:eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=2+cosα,,y=1+sinα))(α为参数)的普通方程为(x-2)2+(y-1)2=1,圆心C(2,1)到直线x-y+b=0的距离为d=eq\f(|b+1|,\r(2)),依题意,得|AB|=2eq\r(r2-d2)=2,即1-eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(|b+1|,\r(2))))2=1,解得b=-1,所以直线方程为x-y-1=0,化为极坐标方程为ρcosθ-ρsinθ=1,即ρ(cosθ-sinθ)=1为所求.9.过点M(2,1)作曲线C:eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=4cosθ,,y=4sinθ))(θ为参数)的弦,使M为弦的中点,则此弦所在直线的普通方程为________.答案2x+y-5=0解析由于曲线eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=4cosθ,,y=4sinθ))表示圆心在原点,半径为4的圆,所以过点M的弦与线段OM垂直,因为kOM=eq\f(1,2),所以弦所在直线的斜率是-2,故所求直线方程为y-1=-2(x-2),即2x+y-5=0为所求.10.已知在平面直角坐标系xOy中圆C的参数方程为eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=\r(3)+3cosθ,,y=1+3sinθ))(θ为参数),以坐标原点O为极点,x轴正半轴为极轴建立极坐标系,直线的极坐标方程为ρcoseq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(θ+\f(π,6)))=0,则圆C截直线所得弦长为________.答案4eq\r(2)解析圆C的参数方程为eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=\r(3)+3cosθ,,y=1+3sinθ,))圆心为(eq\r(3),1),半径为3,直线的普通方程为ρeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(cosθcos\f(π,6)-sinθsin\f(π,6)))=eq\f(\r(3),2)x-eq\f(1,2)y=0,即eq\r(3)x-y=0,圆心C(eq\r(3),1)到直线eq\r(3)x-y=0的距离为d=eq\f(|\r(3)2-1|,\r(3+1))=1,所以圆C截直线所得弦长|AB|=2eq\r(r2-d2)=2eq\r(32-12)=4eq\r(2).三、解答题11.将参数方程eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=\f(a,2)\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(t+\f(1,t))),,y=\f(b,2)\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(t-\f(1,t)))))(a,b为大于0的常数,t为参数)化为普通方程,并判断曲线的形状.解因为x=eq\f(a,2)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(t+\f(1,t))),所以t>0时,x∈[a,+∞),t〈0时,x∈(-∞,-a].由x=eq\f(a,2)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(t+\f(1,t)))两边平方,可得x2=eq\f(a2,4)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(t2+2+\f(1,t2))),①由y=eq\f(b,2)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(t-\f(1,t)))两边平方,可得y2=eq\f(b2,4)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(t2-2+\f(1,t2))),②①×eq\f(1,a2)-②×eq\f(1,b2)并化简,得eq\f(x2,a2)-eq\f(y2,b2)=1(a,b为大于0的常数).所以普通方程为eq\f(x2,a2)-eq\f(y2,b2)=1(a>0,b>0).所以方程表示焦点在x轴上的双曲线.12.在平面直角坐标系xOy中,曲线C的参数方程为eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=rcosα,,y=rsinα))(α为参数,r为常数,r〉0)以O为极点,x轴的正半轴为极轴建立极坐标系,直线l的极坐标方程为eq\r(2)ρcoseq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(θ+\f(π,4)))+2=0.若直线l与曲线C交于A,B两点,且|AB|=2eq\r(2),求r的值.解由eq\r(2)ρcoseq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(θ+\f(π,4)))+2=0,得ρcosθ-ρsinθ+2=0,即直线l的方程为x-y+2=0.由eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=rcosα,,y=rsinα,))得曲线C的普通方程为x2+y2=r2,圆心坐标为(0,0),所以,圆心到直线的距离d=eq\r(2),由|AB|=2eq\r(r2-d2)=2eq\r(2),得r=2.13.已知曲线C1的参数方程为eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=-2+\r(10)cosθ,,y=\r(10)sinθ))(θ为参数),曲线C2的极坐标方程为ρ=2cosθ+6sinθ.(1)将曲线C1的参数方程化为普通方程,将曲线C2的极坐标方程化为直角坐标方程;(2)曲线C1,C2是否相交?若相交,请求出公共弦的长;若不相交,请说明理由.解(1)由eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=-2+\r(10)cosθ,,y=\r(10)sinθ))(θ为参数),得(x+2)2+y2=10,∴曲线C1的普通方程为(x+2)2+y2=10.∵ρ=2cosθ+6sinθ,∴ρ2=2ρcosθ+6ρsinθ,∴x2+y2=2x+6y,即(x-1)2+(y-3)2=10,∴曲线C2的直角坐标方程为(x-1)2+(y-3)2=10.(2)∵圆C1的圆心为C1(-2,0),圆C2的圆心为C2(1,3),∴|C1C2|=eq\r(-2-12+0-32)=3eq\r(2)〈2eq\r(10),∴两圆相交.设公共弦的长为d,∵两圆半径相等,∴公共弦平分线段C1C2,∴eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,2)))2+eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3\r(2),2)))2=(eq\r(10))2,解得d=eq\r(22),∴公

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