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文檔簡介
5.用樣本估計總體
r學(xué)習(xí)目標(biāo)11.正確理解樣本數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差的意義和作用,學(xué)會計算數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差2能根據(jù)實
際問題的需要合理地選取樣本,從樣本數(shù)據(jù)中提取基本的數(shù)字特征(如平均數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差),并
做出合理的解釋3會用樣本的基本數(shù)字特征估計總體的基本數(shù)字特征.
知識梳理梳理教材夯實基石出
------------------------------------------------------N---------------
知識點一
在分層抽樣時,如果總體分為攵層,而且第,層抽取的樣本量為均,第,層的樣本均值為;J,
樣本方差為寸,…,匕記〃=%j,所有數(shù)據(jù)的樣本均值和方差分別為x(可口),
尸j=i
s2=^[njSj+nj(xj-x)2].
j=l
知識點二用樣本的數(shù)字特征來估計總體的數(shù)字特征
眾數(shù)眾數(shù)是最高長方形的中點所對應(yīng)的數(shù)據(jù)
(1)在頻率分布直方圖中,中位數(shù)左邊和右邊的直方圖面積相簧,由此可以估計
中位數(shù)中位數(shù)的值,但是有偏差;
(2)表示樣本數(shù)據(jù)所占頻率的等分線
(1)平均數(shù)等于每個小矩形的面枳乘以小矩形底邊中點的橫坐標(biāo)之和;
平均數(shù)
(2)平均數(shù)是頻率分布直方圖的重心,是頻率分布直方圖的平衡點
一般來說,在估計總體的數(shù)字特征時,只需直接算出樣本對應(yīng)的數(shù)字特征即可.
知識點三用樣本的分布估計總體的分布
同數(shù)字特征的估計一樣,分布的估計一般也有誤差.如果總體在每一個分組的頻率記為兀I,
兀2,…,兀",樣本在每一組對應(yīng)的頻率記為Pl,02,…,Pn>一般來說,:Z(叫一?!?=。(兀1
LI
-pi)2+(?—p2)2+…+(?!耙籶,,)2]不等于零.同樣,大數(shù)定律可以保證,當(dāng)樣本的容量越來越
大時,上式很小的可能性將越來越大.
■思考辨析判斷正誤
1.樣本的平均數(shù)描述了樣本數(shù)據(jù)的平均水平.(V)
2.方差越大、數(shù)據(jù)越集中在平均數(shù)左右.(X)
3.中位數(shù)是樣本數(shù)據(jù)中最中間位置的數(shù)據(jù).(X)
4.用樣本估計出的總體中位數(shù)一定是樣本數(shù)據(jù)中的某個數(shù).(X)
題型探究探究重點提升素養(yǎng)
------------------------
一、分層隨機(jī)抽樣的均值與方差的計算
例1(多選)某分層隨機(jī)抽樣中,有關(guān)數(shù)據(jù)如下:
樣本量平均數(shù)方差
第1層4542
第2層3581
第3層1063
則下列敘述正確的是(結(jié)果保留兩位小數(shù))()
A.第1,2層所有數(shù)據(jù)的均值為
B.第1,2層所有數(shù)據(jù)的方差為
C.第1,2,3層所有數(shù)據(jù)的均值約為
D.第1,2,3層所有數(shù)據(jù)的方差約為
答案AD
解析第1,2層所有數(shù)據(jù)的均值為:x12=石能X4+石林X8=,A正確;第1,2層所有
4535
數(shù)據(jù)的方差為留=方標(biāo)X[2+(4—月+行能X[l+(8—%=,B不正確;第1,2,3層所有
數(shù)據(jù)的均值為M=^X4+||x8+版乂6心,C不正確;第123層所有數(shù)據(jù)的方差約為S2=
款[2+(4-)2]+1|X[l+(8-)2]+|§X[3+(6-)2,D正確.
反思感悟運用公式求分層隨機(jī)抽樣的均值與方差時要注意
(1)清楚公式中各個符號的含義,避免代入數(shù)據(jù)混亂.
(2)運算要格外仔細(xì),并按要求保留有效小數(shù).
跟蹤訓(xùn)練1某培訓(xùn)機(jī)構(gòu)在假期招收了A,B兩個數(shù)學(xué)補(bǔ)習(xí)班,A班10人,B班30人,經(jīng)過
一周的補(bǔ)習(xí)后進(jìn)行了一次測試,在該測試中,A班的平均成績?yōu)?30分,方差為115,8班的
平均成績?yōu)?10分,方差為215.求在這次測試中全體學(xué)生的平均成績和方差.
解依題意x人=130,次=115,
xB=110,51=215,
'X=10+30XI30+10+30X110=115,
.??全體學(xué)生的平均分為115分.
全體學(xué)生成績的方差為
10__30——
2
S2=10+3()"'+(x4一x)4+]o+30閡+(xB—x)]
=10+30。15+225)+]0+30(215+25)
=85+180=265.
二、用樣本的數(shù)字特征估計總體的數(shù)字特征
例2甲、乙兩人在相同條件下各打靶10次,每次打靶的成績情況如圖所示:
⑴填寫下表;
平均數(shù)方差中位數(shù)命中9環(huán)及以上
甲71
乙3
(2)請從四個不同的角度對這次測試進(jìn)行分析:
①從平均數(shù)和方差結(jié)合分析偏離程度;
②從平均數(shù)和中位數(shù)結(jié)合分析誰的成績好些;
③從平均數(shù)和命中9環(huán)及以上的次數(shù)相結(jié)合看誰的成績好些;
④從折線圖上兩人射擊命中環(huán)數(shù)及走勢分析誰更有潛力.
一1
解(1)乙的射靶環(huán)數(shù)依次為2,4,6,8,7,7,8,9,9,10,所以x乙=元(2+4+6+8+7+7+8+9+9
7+8
+10)=7;乙的射靶環(huán)數(shù)從小到大排列為2,4,6,7,7,8,8,9,9,10,所以中位數(shù)是一1一=;甲的射
靶環(huán)數(shù)從小到大排列為5,6,6,777,7,8,8,9,所以中位數(shù)為7.于是填充后的表格如下表所示:
平均數(shù)方差中位數(shù)命中9環(huán)及以上
甲771
乙73
(2)①甲、乙的平均數(shù)相同,均為7,但s爺說明甲偏離平均數(shù)的程度小,而乙偏離平均
數(shù)的程度大.
②甲、乙的平均水平相同,而乙的中位數(shù)比甲大,說明乙射靶成績比甲好.
③甲、乙的平均水平相同,而乙命中9環(huán)以上(包含9環(huán))的次數(shù)比甲多2次,可知乙的射靶
成績比甲好.
④從折線圖上看,乙的成績呈上升趨勢,而甲的成績在平均線上波動不大,說明乙的狀態(tài)在
提升,更有潛力.
反思感悟在日常生活中,當(dāng)面對一組數(shù)據(jù)時,相比每一個觀測值,有時我們更關(guān)心的是能
反映這組數(shù)據(jù)特征的一些值,例如上述數(shù)據(jù),我們可以從平均數(shù)、中位數(shù)、百分位數(shù)、眾數(shù)、
極差、方差、標(biāo)準(zhǔn)差等角度進(jìn)行比較.
跟蹤訓(xùn)練2為了保護(hù)學(xué)生的視力,教室內(nèi)的日光燈在使用一段時間后必須更換,已知某校
使用的100支日光燈在必須換掉前的使用天數(shù)如下表:
181?211?241?271?301?331-361?
天數(shù)151—180
210240270300330360390
日光燈數(shù)1111820251672
(1)試估計這種日光燈的平均使用壽命;
(2)若定期更換,可選擇多長時間統(tǒng)一更換合適?
解(1)各組的平均值分別為由此可估計這種日光燈的平均使用壽命為X1%+X11%
+X18%+X20%+X25%+X16%+X7%+X2%=(天).
(2)52=-^J[1X(-)2+11X(-)2+18X(-)2+20X(-)2+25X(-)2+16X(-)2+7X(-)2+
2X(-)2]=2,故標(biāo)準(zhǔn)差g46(天).
由上可知這種日光燈的平均使用壽命為天,標(biāo)準(zhǔn)差約為46天,故可在222天到314天內(nèi)統(tǒng)一
更換較合適.
三、頻率分布直方圖與數(shù)字特征的綜合應(yīng)用
例3已知一組數(shù)據(jù):
125121123125127129125128130129
126124125127126122124125126128
(1)填寫下面的頻率分布表;
分組個數(shù)累計頻數(shù)頻率
[,)
[,)
[,)
[,)
[,]
合計
(2)作出頻率分布直方圖;
(3)以這組數(shù)據(jù)為樣本估計總體的眾數(shù)、中位數(shù)和平均數(shù).
解⑴
分組個數(shù)累計頻數(shù)頻率
[,)r2
[,)i;3
[,)正下8
[,)正4
[,]3
合計201
⑵
(3)在[,)中的數(shù)據(jù)最多,取這個區(qū)間的中點值作為眾數(shù)的近似值,得眾數(shù)為1255設(shè)中位數(shù)為
X,則+(x—)X=,解得x=125.75.使用“組中值”求平均數(shù):^=X+X+X+X+X=
125.8.
所以可估計總體的眾數(shù)為,中位數(shù)為,平均數(shù)為125.8.
(學(xué)生留)反思感悟利用頻率分布直方圖求數(shù)字特征
⑴眾數(shù)是最高的矩形的底邊的中點;
⑵中位數(shù)左右兩側(cè)直方圖的面積相等;
(3)平均數(shù)等于每個小矩形的面積乘以小矩形底邊中點的橫坐標(biāo)之和.
跟蹤訓(xùn)練3某中學(xué)舉行電腦知識競賽,現(xiàn)將高一參賽學(xué)生的成績進(jìn)行整理后分成五組,繪
制成如圖所示的頻率分布直方圖.求:
(1)高一參賽學(xué)生的成績的眾數(shù)、中位數(shù);
(2)高一參賽學(xué)生的平均成績.
解(1)由題圖可知眾數(shù)為65,
又因為第一個小矩形的面積為,
所以設(shè)中位數(shù)為60+x,則+xX=,得x=5,
所以中位數(shù)為60+5=65.
(2)依題意,平均成績?yōu)?5X+65X+75X+85X4-95X=67,
所以高一參賽學(xué)生的平均成績約為67.
隨堂演練基礎(chǔ)鞏固學(xué)以致用
1.為評估一種農(nóng)作物的種植效果,選了〃塊地作試驗田.這〃塊地的畝產(chǎn)量(單位:kg)分別
為乃,X2,…,為,下面給出的指標(biāo)中可以用來評估這種農(nóng)作物畝產(chǎn)量穩(wěn)定程度的是()
A.X|,X2,…,X”的平均數(shù)
B.Xi,X2,???,X"的標(biāo)準(zhǔn)差
C.Xl,X2,-??,X"的最大值
D.Xl,X2,???,X”的中位數(shù)
答案B
解析因為可以用極差、方差或標(biāo)準(zhǔn)差來描述數(shù)據(jù)的離散程度,所以要評估畝產(chǎn)量穩(wěn)定程度,
應(yīng)該用樣本數(shù)據(jù)的極差、方差或標(biāo)準(zhǔn)差.故選B.
2.如圖,樣本A和8分別取自兩個不同的總體,它們的樣本平均數(shù)分別為xA和XB,樣本
標(biāo)準(zhǔn)差分別為SA和SB,則()
A.X6XB,SA>SBB.XX8,SA>SB
C.XA>XB,SA<SBD.XA<xB,SA<SB
答案B
解析由題圖知,A組數(shù)據(jù)分布在[,10]內(nèi),8組數(shù)據(jù)分布在[10,15]內(nèi),顯然XA<XB.
又由圖形可知,B組數(shù)據(jù)的分布比A組的均勻,變化幅度不大,故8組數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定,方差
較小,從而標(biāo)準(zhǔn)差較小,所以SA>SB.
3.某臺機(jī)床加工的1000只產(chǎn)品中次品數(shù)的頻率分布如下表:
次品數(shù)01234
頻率
則次品數(shù)的眾數(shù)、平均數(shù)依次為()
A.0,B.0,1C.4,1D.,2
答案A
解析數(shù)據(jù)為出現(xiàn)的頻率為p:(i=l,2,…,ri),則xi,X2,-,%,的平均數(shù)為XIPI+XM+…
+x,p”.因此次品數(shù)的平均數(shù)為OX+1X+2X+3X+4X=1.1.由頻率知,次品數(shù)的眾數(shù)為0.
4.樣本容量為9的四組數(shù)據(jù),它們的平均數(shù)都是5,它們的柱形統(tǒng)計圖如圖所示,則標(biāo)準(zhǔn)差
最大的一組是()
5數(shù)據(jù)
第一組
0.31
0.|LEE
()34567數(shù)據(jù)58數(shù)據(jù)
第四組
A.第一組B.第二組
C.第三組D.第四組
答案D
解析方法一第一組中,樣本數(shù)據(jù)都為5,數(shù)據(jù)沒有波動幅度,標(biāo)準(zhǔn)差為0;
第二組中,樣本數(shù)據(jù)為4,4,4,555,6,6,6,標(biāo)準(zhǔn)差為半;
第三組中,樣本數(shù)據(jù)為334,4,5,6,6,7,7,標(biāo)準(zhǔn)差為羋;
第四組中,樣本數(shù)據(jù)為2,22,2,5,8,8,8,8,標(biāo)準(zhǔn)差為2y.
故標(biāo)準(zhǔn)差最大的一組是第四組.
方法二從四個柱形圖可看出第一組數(shù)據(jù)沒有波動性,第二、三組數(shù)據(jù)的波動性都比較小,
而第四組數(shù)據(jù)的波動性相對較大,利用標(biāo)準(zhǔn)差的意義可以直觀得到答案.
5.甲、乙兩位同學(xué)某學(xué)科的連續(xù)五次考試成績用莖葉圖表示如圖所示,則平均分?jǐn)?shù)較高的是
,成績較為穩(wěn)定的是.
899
答案甲甲
一—11
解析x甲=70,xi=68.5i=gX(22+l2+l2+22)=2,X(52+12+12+32)=7.2.
-課堂小結(jié)------------------------------------------------------------------------
1.知識清單:
(1)樣本的數(shù)字特征.
(2)用樣本的數(shù)字特征估計總體的數(shù)字特征.
(3)用樣本的分布估計總體的分布.
2.方法歸納:數(shù)據(jù)處理.
3.常見誤區(qū):樣本的數(shù)字特征只能估計總體的特征,不能替代總體.
課時對點練注重雙基強(qiáng)化落實
-----------------------\-------
g基礎(chǔ)鞏固
1.在用樣本頻率分布估計總體分布的過程中,下列說法中正確的是()
A.樣本容量一定時總體容量越大,估計越精確
B.總體容量與估計的精確度無關(guān)
C.總體容量一定時樣本容量越大,估計越精確
D.總體容量一定時樣本容量越小,估計越精確
答案C
解析當(dāng)樣本容量越大時,估計總體越精確.
2.為了解我國13歲男孩的平均身高,從北方抽取了300個男孩,平均身高為m;從南方抽
取了200個男孩,平均身高為m.由此可估計我國13歲男孩的平均身高為()
A.mB.mC.mD.m
答案B
解析從北方抽取了300個男孩,平均身高為m,從南方抽取了200個男孩,平均身高為m,
則這500個13歲男孩的平均身高是汽go=(m),據(jù)此可估計我國13歲男孩的平均身
高為m,故選B.
3.(多選)甲、乙兩名同學(xué)六次數(shù)學(xué)測驗成績(百分制)如圖所示,下面說法正確的是()
9
628
620878
0926
A.甲同學(xué)成績的中位數(shù)大于乙同學(xué)成績的中位數(shù)
B.甲同學(xué)的平均分比乙同學(xué)高
C.甲同學(xué)的平均分比乙同學(xué)低
D.甲同學(xué)成績的方差小于乙同學(xué)成績的方差
答案CD
一1
解析甲的中位數(shù)為81,乙的中位數(shù)為,故A錯誤;甲的平均分x=/76+72+80+82+
一1
86+90)=81,乙的平均分x'=5(69+78+87+88+92+96)=85,故B錯誤,C正確;甲
的極差為18,乙的極差為27,且甲的成績比較均衡,故甲的成績的方差小于乙成績的方差.故
選CD.
4.甲、乙兩人在-一次射擊比賽中各射靶5次,兩人成績的柱形統(tǒng)計圖如圖所示,則()
345678910環(huán)數(shù)078910,環(huán)數(shù)
甲乙
A.甲的成績的平均數(shù)小于乙的成績的平均數(shù)
B.甲的成績的中位數(shù)等于乙的成績的中位數(shù)
C.甲的成績的方差小于乙的成績的方差
D.甲的成績的極差小于乙的成績的極差
答案C
解析由柱形統(tǒng)計圖知:
甲射靶5次的成績分別為4,5,6,7,8;
乙射靶5次的成績分別為5,5,5,6,9,
4+5+6+7+8—5+5+5+6+9
所以x甲==6;x=6.
所以x甲=x"故A不正確.
甲的成績的中位數(shù)為6,乙的成績的中位數(shù)為5,故B不正確.
jl=|[(4-6)2+(5-6)2+(6-6)2+(7-6)2+(8-6)2]=|xi0=2,
11I?
si=g[(5-6)2+(5-6)2+(5-6)2+(6-6)2+(9-6)2J=5X12=亍
I?
因為2<5,所以播<s2,故C正確.
甲的成績的極差為8—4=4,乙的成績的極差為9—5=4,故D不正確.故選C.
5.為了普及環(huán)保知識,增強(qiáng)環(huán)保意識,某大學(xué)隨機(jī)抽取30名學(xué)生參加環(huán)保知識測試,得分(十
分制)的統(tǒng)計圖如圖所示,假設(shè)得分分值的中位數(shù)為“,眾數(shù)為,及,平均數(shù)為三,則()
[頻數(shù)
i()—
8----
?T-
2寸
-?riU2T2rr2r
n3-45678910得分/分
A.nte=nto=xB.〃k=x
C.me<tno<xD.mo<me<x
答案D
解析由柱形統(tǒng)計圖可知,30名學(xué)生的得分依次為2個3分,3個4分,10個5分,6個6
分,3個7分,2個8分,2個9分,2個10分.中位數(shù)為第15,16個數(shù)(分別為5,6)的平均數(shù),
即恤=,5出現(xiàn)次數(shù)最多,故mo=5.
—2X3+3X4+10X5+6X6+3X7+2X8+2X9+2X10
x=30
比5.97.
于是得m<><tne<x.
6.在某市2019年“創(chuàng)建文明城市”知識競賽中,考評組從所有2000份試卷中抽取200份
試卷進(jìn)行分析,其分?jǐn)?shù)的頻率分布直方圖如圖所示,則本次競賽分?jǐn)?shù)在區(qū)間[60,70)上的人數(shù)
大約有.
答案800
解析根據(jù)頻率分布直方圖,分?jǐn)?shù)在區(qū)間[60,70)上的頻率為X10=,...可估計分?jǐn)?shù)在區(qū)間
[60,70)上的人數(shù)為2000X=800.
7.為了鑒定某種節(jié)能燈泡的質(zhì)量,對其中100只節(jié)能燈泡的使用壽命進(jìn)行測量,結(jié)果如下表:
(單位:小時)
壽命450550600650700
只數(shù)2010301525
則這些節(jié)能燈泡使用壽命的平均數(shù)是
答案
解析這些節(jié)能燈泡使用壽命的平均數(shù)是
450X20+550X10+600X30+650X15+700X25
100
=597.5.
8.某校從參加高一年級期中考試的學(xué)生中隨機(jī)抽取60名學(xué)生,將其數(shù)學(xué)成績(均為整數(shù))分
成六段[40,50),[50,60),…,[90,100]后得到如圖所示的部分頻率分布直方圖.在統(tǒng)計方法中,
同一組數(shù)據(jù)常用該組區(qū)間的中點值作為代表,觀察圖形的信息,據(jù)此估計本次考試數(shù)學(xué)成績
的平均分為.
答案71
解析在頻率分布直方圖中,所有小長方形的面積和為1,
設(shè)[70,80)的小長方形面積為x,則(+X2++)X10+x=l,
解得x=,即該組■頻率為,所以本次考試的平均分為45X+55X+65X+75X+85X+95X
=71.
9.甲、乙兩臺機(jī)床在相同的技術(shù)條件下,同時生產(chǎn)一種零件,現(xiàn)在從甲、乙生產(chǎn)的零件中分
別抽取4()件、60件,甲的平均尺寸為10,方差為20,乙的平均尺寸為12,方差為40.那么
全部100件產(chǎn)品的平均尺寸和方差分別是多少?
解甲機(jī)床生產(chǎn)的零件的平均尺寸、方差分別為
x甲=10,5%=20,
乙機(jī)床生產(chǎn)的零件的平均尺寸、方差分別為
x乙=12,51=40,
所以100件產(chǎn)品的平均尺寸
—4°X甲+6°xZ,400+720
*=-40+60--100-'
所以100件產(chǎn)品的方差
.1,,40X60,1,
-X[40s3+60s?.X(10—12)2]=訴X[(40X20+60X40)+24X4]=32.96.
4U十OU4U十OU1UU
10.某網(wǎng)站從春節(jié)期間參與收發(fā)網(wǎng)絡(luò)紅包的手機(jī)用戶中隨機(jī)抽取2000名進(jìn)行調(diào)查,將受訪用
戶按年齡分成5組:]0,20),[20,30),…,[50,60],并整理得到如圖所示的頻率分布直方圖.
⑴求a的值;
(2)從春節(jié)期間參與收發(fā)網(wǎng)絡(luò)紅包的手機(jī)用戶中隨機(jī)抽取一人,估計其年齡低于40歲的頻率;
(3)估計春節(jié)期間參與收發(fā)網(wǎng)絡(luò)紅包的手機(jī)用戶的平均年齡.
解(1)根據(jù)頻率分布直方圖可知10X(a++++)=1,解得a=0.035.
(2)根據(jù)題意,得樣本中年齡低于40歲的頻率為10X(++)=,
所以從春節(jié)期間參與收發(fā)網(wǎng)絡(luò)紅包的手機(jī)用戶中隨機(jī)抽取一人,估計其年齡低于40歲的頻率
為0.75.
(3)根據(jù)題意,得春節(jié)期間參與收發(fā)網(wǎng)絡(luò)紅包的手機(jī)用戶的平均年齡約為15X+25X+35X+
45X+55X=(歲).
g綜合運用
11.從某項綜合能力測試中抽取100人的成績,統(tǒng)計如下表,則這100人的成績的標(biāo)準(zhǔn)差為
()
分?jǐn)?shù)54321
人數(shù)2010303010
AS-C.3D.§
答案B
〒心山,5X20+4X10+3X30+2X30+1X10
解析平均數(shù)為---------------示K---------------=3.
1Q
故$-2=而X[20X(5-3)2+10X(4-3)2+30X(3-3)2+30X(2—3)2+10X(l—3)2]=5.
故s<=嚕
12.為了了解某校學(xué)生的視力情況,隨機(jī)抽查了該校的100名學(xué)生,得到如圖所示的頻率分
布直方圖.由于不慎將部分?jǐn)?shù)據(jù)丟失,但知道前4組的頻數(shù)和為40,后6組的頻數(shù)和為87.
設(shè)最大頻率為a,視力在到之間的學(xué)生人數(shù)為仇則。,。的值分別為()
頻率「
組距一]
04.34.44.5464.74.84.95.05.15.2視力
A.,B.,96
C.27,D.27,96
答案B
解析由頻率分布直方圖知組距為,由前4組的頻數(shù)和為40,后6組的頻數(shù)和為87,知第4
組的頻數(shù)為40+87—100=27,即視力在到之間的頻數(shù)最大,為27,故最大頻率“=0.27.視
力在到之間的頻率為1——=,故視力在到之間的學(xué)生人數(shù)〃=X100=96.
13.某高校有甲、乙兩個數(shù)學(xué)建模興趣班.其中甲班有40人,乙班有50人.現(xiàn)分析兩個班
的一次考試成績,算得甲班的平均成績是90分,乙班的平均成績是81分,則該校數(shù)學(xué)建模
興趣班的平均成績是分.
答案85
解析由題意得,該校數(shù)學(xué)建模興趣班的平均成績是4°義9°卜5。義81=85(分).
14.為了調(diào)查某廠工人生產(chǎn)某種產(chǎn)品的能力,隨機(jī)抽查了20位工人某天生產(chǎn)該產(chǎn)品的數(shù)量得
到頻率分布直方圖如圖,則
[頻率
組距
0.040---------------1--------1
0.0叫
0.03(“
0.025..............J——------------
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