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文档简介

经济数学教材辅导第11讲3.1

中值定理3.2洛必达法则教学要求

了解罗尔定理和拉格朗日中值定理;

会用洛必达法则求未定式的极限.中值定理右图中是一个在区间

(a,b)内可导的函数

y=f(x)的图象,它是一条光滑曲线,这条曲线的两个端点A、B的纵坐标相等,即

f(a)=f(b).可以看到,在这样一条曲线上存在着点(

1,f(

1)),(

2,f(

2)),使其在这些点处具有水平切线,即函数在这样的点处导数等于零.罗尔Rolle定理

定理3.1

如果函数

y=f(x)满足条件:

(1)在[a,b]上连续;

(2)在(a,b)内可导;

(3)

f(a)=f(b),那么在区间(a,b)内至少存在一点

,使

f

(

)=0.中值定理例1设函数

.显然

f(x)在区间

[0,3]

上满足罗尔定理的前两个条件,且

f(0)=0,f(3)=0,即第三个条件也成立.因为

,令

f

(x)=0,解得

x=2,2(0,3).所以取

=2,则有

f

(

)=f

(2)=0.拉格朗日(Lagrange)中值定理

定理3.2

如果函数

y=f(x)满足条件:

(1)在[a,b]上连续;

(2)在(a,b)内可导,那么在区间(a,b)内至少存在一点

,使得

.拉格朗日中值定理的几何说明右图中平移经过曲线

y=f(x)两个端点A、B的直线,移至与曲线只有一个交点处,如图中的

1的对应点处.在(

1,f(

1))处的切线的斜率即为

f

(

1),因为两条直线平行,所以f

(

1)与直线AB的斜率

kAB相等,即

f

(

1)=kAB.而

,拉格朗日中值定理的几何说明而,于是有

,其中

1就是满足定理结论的点.拉格朗日中值定理的推论

推论1如果函数

y=f(x)在区间(a,b)内任一点的导数

f

(x)都等于零,则在(a,b)内f(x)是一个常数.

推论2如果函数

f(x)与函数

g(x)在区间(a,b)内的导数处处相等,即f

(x)=g

(x),则

f(x)与

g(x)在区间

内只相差一个常数.即

f

(x)=g(x)=C.

.柯西(Cauchy)中值定理

定理3.3

如果

f(x)与

g(x)都在[a,b]上连续,在(a,b)内可导,而且在

(a,b)内

g

(x)0,那么在区间(a,b)内至少存在一点

,使得

.柯西(Cauchy)中值定理

定理3.3

如果

f(x)与

g(x)都在[a,b]上连续,在(a,b)内可导,而且在

(a,b)内

g

(x)0,那么在区间(a,b)内至少存在一点

,使得

上式中,如果

g(x)=x,就是拉格朗日定理,所以拉格朗日定理是柯西定理的特例.两种未定式

在求极限过程中,常常遇到这样的情形:

,当

x

0时分子、分母同时趋于0,称为

型未定式.

又如

,当

x

+

时分子、分母同时趋于+

,称为

型未定式.洛必达法则(一)设函数

f(x)与

g(x)满足条件:(1)

;(2)f(x)与

g(x)在点

x0的某个邻域内(点

x0可除外)可导,且

;(3)

(或

).则(或

).(11.1)洛必达法则(一)例2

.洛必达法则(一)例2

.解

x

0时,有

x-xcosx

0和

x-sinx

0,这是

型未定式.用洛必达法则(一)由于仍是

型未定式,再用洛必达法则(一)洛必达法则(一)解

x

0时,有

x-xcosx

0和

x-sinx

0,这是

型未定式.用洛必达法则(一)由于仍是

型未定式,再用洛必达法则(一)洛必达法则(二)设函数

f(x)与

g(x)满足条件:(1)

;(2)f(x)与

g(x)在点

x0的某个邻域内(点

x0可除外)可导,且

;(3)

(或

).则(或

).

(11.2)洛必达法则(二)例3

.洛必达法则(二)例3

.解

x

0+时,有lncotx∞和lnx∞,这是

型未定式.用洛必达法则(二)洛必达法则

若把

x

x0改为

x

,法则(I)和法则(II)仍然成立.洛必达法则

若把

x

x0改为

x

,法则(一)和法则(二)仍然成立.例4

.洛必达法则例4

.解

x

+∞时,有

0和

0,这是

型未定式.用洛必达法则(一)洛必达法则例5

n为自然数).洛必达法则例5

n为自然数).解

n>0时,由

x

+∞,得ex∞和

xn∞,这是

型未定式.用洛必达法则(二)洛必达法则用洛必达法则求极限时应注意以下几点:(1)洛必达法则只适用于求

型未定式的极限,因此每次用法则(一)和法则(二)时必须检查所求极限是否为

型未定式;(2)如果

仍是

型,则可继续使用洛必达法则;洛必达法则(3)如果

不存在且不是

∞,并不表明

不存在,只表明洛必达法则失效,这时应该用其它方法来求极限.洛必达法则(3)如果

不存在且不是

∞,并不表明

不存在,只表明洛必达法则失效,这时应该用其它方法来求极限.

例如

,由于

不存在,故洛必达法则失效.但可以通过简单的恒等变换来求极限:

.其它类型的未定式

型和

型未定式外,还有另外五种未定式极限:

.这几种未定式极限的计算,可把它们化为

型或

型,再用洛必达法则进行计算.其它类型的未定式例6

.其它类型的未定式例6

.解

这是

型未定式,它可以先化为

型未定式,再用洛必达法则(二)求解.已化为

型其它类型的未定式例6

.解

这是

型未定式,它可以先化为

型未定式,再用洛必达法则(二)求解.已化为

型一般地,有

,α>0.其它类型的未定式例7

.其它类型的未定式例7

.解

这是

型未定式,它可以先化为

型未定式,再用洛必达法则(一)求解.已化为

型其它类型的未定式例8

.其它类型的未定式例8

.解

这是

型未定式.由于被求极限的函数是幂指形式,故先设:

,然后取对数

,并取极限

化为

型未定式,再用洛必达法则(二)求解.即其它类型的未定式例8

.解

其它类型的未定式

和型未定式,由于被求极限的函数一般都是幂指形式,故先设

,然后取对数

,并取极限

,化为

型或型未定式,再用洛必达法则求解.中值定理与洛必达法则谢谢大家!

经济数学基础辅导第12讲3.3函数的单调性教学要求

掌握利用导数判断函数的单调性方法.函数的单调性

从几何直观上分析,容易看到,下图中的曲线是上升的,其上每一点处的切线与

x轴正向的夹角都是锐角,切线的斜率大于零,即f(x)

在相应点处的导数大于零;函数的单调性相反地,下图中的曲线是下降的,其上每一点处的切线与

x轴正向的夹角都是钝角,切线的斜率小于零,即

f(x)在相应点处的导数小于零.函数单调性的判别定理

定理3.4设函数

y=f(x)

在区间

(a,b)

内可导.

(1)如果在区间

(a,b)

内,f

(x)>0,则函数

f(x)在

(a,b)

内单调增加;

(2)如果在区间

(a,b)

内,f

(x)<0,则函数

f(x)在

(a,b)

内单调减少.函数单调性的判别定理

定理3.4设函数

y=f(x)

在区间

(a,b)

内可导.

(1)如果在区间

(a,b)

内,f

(x)>0,则函数

f(x)在

(a,b)

内单调增加;

(2)如果在区间

(a,b)

内,f

(x)<0,则函数

f(x)在

(a,b)

内单调减少.

如果将定理中的开区间换成其它各种区间(包括无限区间),定理的结论仍成立.

保持

f

(x)不变号的区间,就是函数

y=f(x)

的单调区间.函数单调性的判别例1求函数

的单调区间.函数单调性的判别例1求函数

的单调区间.解

函数的定义域为(-∞,+∞);因为

,令

,得

x1=1,x2=2;

函数单调性的判别例1求函数

的单调区间.解

函数的定义域为(-∞,+∞);因为

,令

,得

x1=1,x2=2;

以点

x1=1,x2=2为分点,将函数定义域分为三个子区间:(-∞,1),(1,2),(2,+∞);当

x∈(-∞,1)时,f

(x)>0;当

x∈(1,2)时,f

(x)<0;当

x∈(2,+∞)时,f

(x)>0;函数单调性的判别当

x∈(-∞,1)时,f

(x)>0;当

x∈(1,2)时,f

(x)<0;当

x∈(2,+∞)时,f

(x)>0;所以该函数的单调增加区间为(-∞,1)

(2,+∞),单调减少区间为(1,2).函数单调性的判别例2求函数

的单调区间.函数单调性的判别例2求函数

的单调区间.解

函数的定义域为(-∞,-1)∪(-1,+∞);因为

(x

-1);所以函数在

(-∞,-1)∪(-1,+∞)内单调增加.函数单调性的判别例3

试证当

x>0

时,

.函数单调性的判别例3

试证当

x>0

时,

.证

只需证明当

x>0

时,有

.因为

f(x)在

[0,+∞)连续,在

(0,+∞)

可导,且

,函数单调性的判别当

x>0

时,

,f(x)单调增加,且

f(0)=0.所以,当

x>0

时,f(x)>0,即

.函数的单调性谢谢大家!

经济数学基础辅导第13讲3.4

函数的极值教学要求

理解函数极值的概念;

掌握求函数极值的方法.函数极值的定义

定义3.1设函数

y=f(x)在点

x0的某个邻域内有定义.(1)如果对该邻域内任意的

x(x

x0),总有

f(x)<f(x0),则称

f(x0)为函数

f(x)的极大值,并且称点x0为

f(x)的极大值点;函数极值的定义

定义3.1设函数

y=f(x)在点

x0的某个邻域内有定义.(1)如果对该邻域内任意的

x(x

x0),总有

f(x)<f(x0),则称

f(x0)为函数

f(x)的极大值,并且称点x0为

f(x)的极大值点;(2)如果对该邻域内任意的

x(x

x0),总有

f(x)>f(x0),则称

f(x0)为函数

f(x)的极小值,并且称

点x0为

f(x)的极小值点.

函数的极大值与极小值统称为函数的极值,极大值点与极小值点统称为极值点.函数极值的概念

函数

f(x)在

x1,x4两点处取得极大值,而在x2,x5两点处取得极小值,其中极大值

f(x1)小于极小值

f(x5).o

a

x1x2x3

x4

x5

by=f(x)yx函数极值的概念

函数

f(x)在

x1,x4两点处取得极大值,而在x2,x5两点处取得极小值,其中极大值

f(x1)小于极小值

f(x5).o

a

x1x2x3

x4

x5

by=f(x)yx

在函数的极值点处,曲线或者有水平切线,如

f

(x1)=0,f

(x5)=0,或者切线不存在,如在点x2,x4处

f

(x)不存在.但是,有水平切线的点不一定是极值点,如点

x3.由此可知,极值点应该在导数为

0或导数不存在的点中寻找.极值点的必要条件

定理3.5如果

f(x)在点

x0处取得极值且在

x0处可导,则

f

(x0)=0

.极值点的必要条件

定理3.5如果

f(x)在点

x0处取得极值且在

x0处可导,则

f

(x0)=0

几何意义:如果函数

y=f(x)在点

x0处具有极值,且曲线

y=f(x)在点

(x0,f(x0))处有不垂直于

x轴的切线,则该切线平行于

x轴.

使

f

(x0)=0的点,称为函数

f(x)的驻点.极值点的必要条件注意:1.可导函数

f

(x0)=0是点

x0为极值点的必要条件,但不是充分条件.也就是说,使

f

(x0)=0成立的点(驻点)并不一定是极值点,例如

f(x)=x3的驻点

x0=0不是它的极值点.极值点的必要条件注意:1.可导函数

f

(x0)=0是点

x0为极值点的必要条件,但不是充分条件.也就是说,使f

(x0)=0成立的点(驻点)并不一定是极值点,例如

f(x)=x3的驻点

x0=0不是它的极值点.2.使

f

(x)不存在的点

x0可能是函数

f(x)

的极值点,也可能不是极值点,如,

,显然

f

(0)不存在,但在

x0=0处却取得极小值

f(0)=0.极值点的第一判别法

定理3.6设函数

f(x)在点

x0的邻域内连续且可导

(允许

f

(x0)不存在),当x由小增大经过x0点时,若

(1)f

(x)由正变负,则x0是极大值点;(2)f

(x)由负变正,则x0是极小值点;(3)f

(x)不改变符号,则x0不是极值点.极值点的第一判别法

定理3.6设函数

f(x)在点

x0的邻域内连续且可导

(允许

f

(x0)不存在),当x由小增大经过x0点时,若

(1)f

(x)由正变负,则x0是极大值点;(2)f

(x)由负变正,则x0是极小值点;(3)f

(x)不改变符号,则x0不是极值点.

极值点第一判别法通常叫做极值存在的充分条件.求函数极值的步骤(1)确定函数

f(x)的定义域,并求其导数f

(x);(2)解方程

f

(x)=0,求出

f(x)在其定义域内的所有驻点;

(3)找出

f(x)的连续但导数不存在的所有点;(4)讨论

f

(x)在驻点和不可导点的左、右两侧附近符号变化的情况,确定函数的极值点;(5)求出极值点所对应的函数值(极大值和极小值).用第一判别法求函数极值例1求函数

的极值.用第一判别法求函数极值例1求函数

的极值.解(1)函数

f(x)的定义域为(-∞,+∞),且

;(2)令

f

(x)=0,得驻点

x1=0,x2=1;(3)该函数没有导数不存在的点;(4)驻点将定义域分成三个子区间

(-∞,0),

(0,1),(1,+∞).用第一判别法求函数极值解……

驻点将定义域分成三个子区间

(-∞,0),

(0,1),(1,+∞).

当x

(-∞,0)时,f

(x)>0;

当x

(0,1)时,f

(x)<0;所以

x1=0是

f(x)的极大值点,极大值是f(0)=2;

又当

x

(0,1)时,f

(x)<0;

x

(1,+∞)时,f

(x)<0;所以

x2=1不是

f(x)的极值点.用第一判别法求函数极值例2求函数

的极值.用第一判别法求函数极值例2求函数

的极值.解(1)函数

f(x)的定义域为(-∞,+∞),且

;(2)令

f

(x)=0,得驻点

x1=8;(3)f

(x)在点

x2=0处不存在;(4)导数不存在点

x2=0和驻点

x1=8,将定义域分成三个子区间

(-∞,0),(0,8),(8,+∞).用第一判别法求函数极值解……

导数不存在点

x2=0和驻点

x1=8,将定义域分成三个子区间

(-∞,0),(0,8),(8,+∞).

x

(-∞,0)时,f

(x)<0;

x

(0,8)时,f

(x)>0;所以

x2=0是函数

f(x)的极小值点,极小值是

f(0)=0.

又当

x

(0,8)时,f

(x)>0;

x

(8,+∞)时,f

(x)<0;所以

x1=8是

f(x)的极大值点,极大值是

f(8)=4.极值点的第二判别法

定理3.7设函数

f(x)在点

x0处具有二阶导数,且

f

(x0)=0,

(1)若

f

(x0)<0,则函数

f(x)在点

x0处取得极大值;

(2)若

f

(x0)>0,则函数

f(x)在点

x0处取得极小值

(2)若

f

(x0)=0,则不能判断

f(x0)是否是极值.极值点的第二判别法

极值点第二判别法也是极值存在的充分条件,它表明在函数

f(x)的驻点

x0处,若二阶导数

f

(x0)

0,那么该驻点一定是极值点,可以用

f

(x0)的符号判定

f(x0)是极大值还是极小值.

若二阶导数

f

(x0)=0,那么该驻点是否为极值点还要用第一判别法进行判别.用第二判别法求函数极值例3求函数

的极值.用第二判别法求函数极值例3求函数

的极值.解

函数

f(x)的定义域为(-∞,+∞),且

;令

f

(x)=0,得驻点

x1=1,

,x3=-1;该函数没有导数不存在的点.用第二判别法求函数极值例3求函数

的极值.解……因为

,,所以

x1=1是

f(x)的极小值点,极小值是

f(1)=0;

f(x)的极大值点,极大值是

.用第二判别法求函数极值解……

由于

,不能用第二判别法判别

x3=-1是否为极值点.改用第一判别法,

x

(-∞,-1)时,f

(x)>0;

而当

时,f

(x)>0;故由第一判别法可知,x3=-1不是

f(x)的极值点.最大值、最小值及其求法

因此,求连续函数

f(x)在闭区间

[a,b]上的最大值和最小值,只需分别求出

f(x)在其驻点、导数不存在的点以及端点

a,b处的函数值.这些函数值中的最大者就是函数在

[a,b]上的最大值,最小者就是函数在

[a,b]上的最小值.最大值、最小值及其求法

x0

[a,b]是

f(x)的最大值点或最小值点时,那么对任意的

x

[a,b],都有

f(x0)≥

f(x),或

f(x0)≤

f(x).

也就是说,最大值、最小值是对整个区间而言的,它可能在区间的内点取得(则它必是极值点),也可能在区间的端点取得.最大值、最小值及其求法例4求函数

在区间[-4,4]上的最大值和最小值.最大值、最小值及其求法例4求函数

在区间[-4,4]上的最大值和最小值.解

因为

,令

f

(x)=0,得驻点

x1=-1,x2=3.计算

f(x)在区间端点及驻点x1,x2处的函数值,得f(-4)=-71,f(4)=-15,f(-1)=10,f(3)=-22比较各函数值得,f(x)在区间[-4,4]上的最大值为

f(-1)=10,最小值为

f(-4)=-71.最大值、最小值及其求法例5求函数

在区间

[-2,2]上的最大值和最小值.最大值、最小值及其求法解

因为

,令

f

(x)=0,得驻点

,且导数在点

x2=1处不存在.计算

f(x)在区间端点及点

x1,x2处的函数值,得

例5求函数

在区间

[-2,2]上的最大值和最小值.最大值、最小值及其求法解……

比较各函数值得,f(x)在区间[-2,2]上的最大值为

f(-2)=2.88,最小值为

.函数的极值谢谢大家!

经济数学基础辅导第14讲3.5利用导数研究函数教学要求

掌握判断函数图形的凹凸性及拐点方法.函数的凹凸与拐点

在研究函数图像的变化状况时,了解它上升和下降的规律是有用的,但上升和下降不能完全反映图像的变化.如图所示的函数图像在区间内始终是上升的,但却有不同的弯曲状况.

它从左端点开始,曲线先向上弯曲,通过点P后变为向下弯曲了.因此,研究函数图像时,考察它的弯曲方向以及改变弯曲方向的点是完全必要的.yxOabPy=f(x)曲线凹凸的定义

定义3.2如果在某区间内,曲线弧位于其上任意一点的切线的上方,则称曲线在这个区间内是凹的,如图14-1;

如果在某区间内,曲线弧位于其上任意一点的切线的下方,则称曲线在这个区间内是凸的,如图14-2.图14-1图14-2曲线凹凸的几何意义

由图14-1发现,对于凹曲线,当

x逐渐增加时,其上每一点切线的斜率是逐渐增加的,即导函数

f

(x)是单调增加函数;而图12-2中的凸曲线,其上每一点切线的斜率是逐渐减少的,从而

f

(x)是单调减少函数.图14-1图14-2曲线凹凸的判别定理

定理3.8设函数

f(x)在区间(a,b)内二阶导数存在,(1)若a<x<b

时,恒有

f

(x)>0,则曲线

y=f(x)在(a,b)内是凹的;(2)若a<x<b

时,恒有

f

(x)<0,则曲线

y=f(x)在(a,b)内是凸的.曲线拐点的概念

定义3.3曲线凹与凸的分界点称为曲线的拐点.

拐点既然是凹与凸的分界点,那么在拐点的左、右邻近

f

(x)

必然异号,因而在拐点处有

f

(x)=0或

f

(x)不存在.

与驻点的情形类似,使

f

(x)=0的点只是可能的拐点.究竟它是否为拐点,还要根据

f

(x)在该点的左、右邻近是否异号来确定.曲线的凹凸与拐点

求拐点的一般步骤:

(1)求函数的二阶导数

f

(x);

(2)令

f

(x)=0,解出全部根,并求出所有二阶导数不存在的点;

(3)对步骤(2)求出的每一个点,检查其左、右区间中

f

(x)的符号,如果异号则该点为曲线的拐点;如果同号则该点不是曲线的拐点.曲线的凹凸与拐点例1 求曲线

y=x4

-2x3+1的凹凸区间和拐点.曲线的凹凸与拐点例1 求曲线

y=x4

-2x3+1的凹凸区间和拐点.解

因为

y

=4x3

-6x2,y

=12x2

-12x=12x(x-1),令

y

=0,解

x=0,x=1.函数没有二阶导数不存在的点.曲线的凹凸与拐点例1 求曲线

y=x4

-2x3+1的凹凸区间和拐点.解

因为

y

=4x3

-6x2,y

=12x2

-12x=12x(x-1),令

y

=0,解

x=0,x=1.函数没有二阶导数不存在的点.当x

(-∞,0)时,f

(x)>0,区间(-

,0)为曲线的凹区间;当

x

(0,1)时,f

(x)<0,区间(0,1)为曲线的凸区间;曲线的凹凸与拐点解

因为

y

=4x3

-6x2,y

=12x2

-12x=12x(x-1),令

y

=0,解

x=0,x=1.函数没有二阶导数不存在的点.当x

(-∞,0)时,f

(x)>0,区间(-

,0)为曲线的凹区间;当

x

(0,1)时,f

(x)<0,区间(0,1)为曲线的凸区间;当

x

(1,+∞)时,f

(x)>0,区间(1,+

)为曲线的凹区间;所以,曲线的拐点为(0,1)和(1,0).曲线的凹凸与拐点例2 求曲线

y=(2x-1)4+1的凹凸区间和拐点.曲线的凹凸与拐点例2 求曲线

y=(2x-1)4+1的凹凸区间和拐点.解

因为

y

=8(2x

-1)3,y

=48(2x

-1)2,令

y

=0,解得

x=0.5.函数没有二阶导数不存在的点.曲线的凹凸与拐点例2 求曲线

y=(2x-1)4+1的凹凸区间和拐点.解

因为

y

=8(2x

-1)3,y

=48(2x

-1)2,令

y

=0,解得

x=0.5.函数没有二阶导数不存在的点.当

x

(-∞,0.5)时,f

(x)>0,区间

(-

,0.5)为曲线的凹区间;当x

(0.5,+∞)时,f

(x)>0,区间(0.5,+

)为曲线的凹区间;所以,曲线的凹区间为

(-

,+

),没有凸区间,也没有拐点.曲线的凹凸与拐点例3 求曲线

的凹凸区间和拐点.曲线的凹凸与拐点例3 求曲线

的凹凸区间和拐点.解

因为

;当

x=4时,y

不存在,且

y

在(-

,+

)内没有使

y

=0的点.曲线的凹凸与拐点例3 求曲线

的凹凸区间和拐点.解

因为

;当

x=4时,y

不存在,且

y

在(-

,+

)内没有使

y

=0的点.当

x

(-∞,4)时,f

(x)>0,区间

(-∞,4)为曲线的凹区间;当x

(4,+∞)时,f

(x)<0,区间(4,+

)为曲线的凸区间;所以,曲线的拐点为(4,2).曲线的渐近线

有些函数的定义域或值域是无穷区间,其图形向无穷远延伸,如双曲线、抛物线等.有这样特性的、且在向无穷远延伸时曲线将接近某一条直线,这样的直线叫做曲线的渐近线.曲线的渐近线定义

定义3.4如果曲线上的一点沿着曲线趋于无穷时,该点与某条直线的距离趋于零,则称此直线为曲线的渐近线.曲线的渐近线1.水平渐近线

设曲线y=f(x),如果

,则称直线

y=c为曲线

y=f(x)的水平渐近线.

如果极限

不存在,那么曲线无水平渐近线.曲线的渐近线2.铅垂渐近线

如果曲线

y=f(x)在点

x0

处间断,且

,则称直线

x=x0

为曲线

y=f(x)的铅垂渐近线.

曲线的渐近线例4求曲线

的水平渐近线和铅垂渐近线.

曲线的渐近线例4求曲线

的水平渐近线和铅垂渐近线.

因为

,所以直线

y=1是曲线的水平渐进线.

又因为

2是

的间断点,且

,所以直线

x=2是曲线的铅垂渐近线.

曲线的渐近线3.斜渐近线

设曲线y=f(x),如果有=0成立,则称直线

y=ax+b为曲线

y=f(x)的斜渐近线.其中

.曲线的渐近线例5求曲线

的渐近线.

曲线的渐近线例5求曲线

的渐近线.

因为

不存在,所以曲线无水平渐近线.

因为

x=-1是

的间断点,且

,所以直线

x=-1是曲线的铅垂渐近线.

曲线的渐近线又因为

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