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專(zhuān)題8.4直線(xiàn)與圓、圓與圓的位置關(guān)系【十大題型】【新高考專(zhuān)用】TOC\o"1-3"\h\u【題型1直線(xiàn)與圓的位置關(guān)系的判斷】 5【題型2弦長(zhǎng)問(wèn)題】 6【題型3切線(xiàn)問(wèn)題、切線(xiàn)長(zhǎng)問(wèn)題】 7【題型4圓上的點(diǎn)到直線(xiàn)距離個(gè)數(shù)問(wèn)題】 7【題型5面積問(wèn)題】 8【題型6直線(xiàn)與圓位置關(guān)系中的最值問(wèn)題】 8【題型7直線(xiàn)與圓中的定點(diǎn)定值問(wèn)題】 9【題型8圓與圓的位置關(guān)系】 10【題型9兩圓的公共弦問(wèn)題】 10【題型10兩圓的公切線(xiàn)問(wèn)題】 111、直線(xiàn)與圓、圓與圓的位置關(guān)系考點(diǎn)要求真題統(tǒng)計(jì)考情分析(1)能根據(jù)給定直線(xiàn)、圓的方程,判斷直線(xiàn)與圓、圓與圓的位置關(guān)系(2)能用直線(xiàn)和圓的方程解決一些簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)問(wèn)題與實(shí)際問(wèn)題2022年新高考全國(guó)I卷:第14題,5分2023年新高考I卷:第6題,5分2023年新高考Ⅱ卷:第15題,5分2023年全國(guó)乙卷(理數(shù)):第12題,5分2024年全國(guó)甲卷(文數(shù)):第10題,5分直線(xiàn)與圓、圓與圓的位置關(guān)系是高考的熱點(diǎn)內(nèi)容.從近幾年的高考情況來(lái)看,直線(xiàn)與圓結(jié)合命題時(shí),主要考察直線(xiàn)與圓的位置關(guān)系、圓的弦長(zhǎng)等,多以選擇題或填空題的形式考查,難度不大;有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)在壓軸題的位置,此時(shí)多與圓錐曲線(xiàn)相結(jié)合,難度較大,需要學(xué)會(huì)靈活求解.【知識(shí)點(diǎn)1直線(xiàn)與圓的位置關(guān)系】1.直線(xiàn)與圓的位置關(guān)系及判定方法(1)直線(xiàn)與圓的位置關(guān)系及方程組的情況如下:位置相交相切相離交點(diǎn)個(gè)數(shù)兩個(gè)一個(gè)零個(gè)圖形d與r的關(guān)系d<rd=rd>r方程組
解的情況有兩組不
同的解僅有一組解無(wú)解(2)直線(xiàn)與圓的位置關(guān)系的判定方法
①代數(shù)法:通過(guò)聯(lián)立直線(xiàn)方程與圓的方程組成方程組,根據(jù)方程組解的個(gè)數(shù)來(lái)研究,若有兩組不同的實(shí)數(shù)解,即>0,則直線(xiàn)與圓相交;若有兩組相同的實(shí)數(shù)解,即=0,則直線(xiàn)與圓相切;若無(wú)實(shí)數(shù)解,即<0,則直線(xiàn)與圓相離.
②幾何法:由圓心到直線(xiàn)的距離d與半徑r的大小來(lái)判斷,當(dāng)d<r時(shí),直線(xiàn)與圓相交;當(dāng)d=r時(shí),直線(xiàn)與圓相切;當(dāng)d>r時(shí),直線(xiàn)與圓相離.2.圓的弦長(zhǎng)問(wèn)題設(shè)直線(xiàn)l的方程為y=kx+b,圓C的方程為,求弦長(zhǎng)的方法有以下幾種:
(1)幾何法
如圖所示,半徑r、圓心到直線(xiàn)的距離d、弦長(zhǎng)l三者具有關(guān)系式:.(2)代數(shù)法
將直線(xiàn)方程與圓的方程組成方程組,設(shè)交點(diǎn)坐標(biāo)分別為A,B.
①若交點(diǎn)坐標(biāo)簡(jiǎn)單易求,則直接利用兩點(diǎn)間的距離公式進(jìn)行求解.
②若交點(diǎn)坐標(biāo)無(wú)法簡(jiǎn)單求出,則將方程組消元后得一元二次方程,由一元二次方程中根與系數(shù)的關(guān)系可得或的關(guān)系式,通常把或叫作弦長(zhǎng)公式.【知識(shí)點(diǎn)2圓與圓的位置關(guān)系】1.圓與圓的位置關(guān)系及判斷方法(1)圓與圓的位置關(guān)系圓與圓有五種位置關(guān)系:外離、外切、相交、內(nèi)切、內(nèi)含,其中外離和內(nèi)含統(tǒng)稱(chēng)為相離,外切和內(nèi)切統(tǒng)稱(chēng)為相切.(2)圓與圓的位置關(guān)系的判定方法
①利用圓心距和兩圓半徑比較大小(幾何法):
設(shè)兩圓與的圓心距為d,則d=,兩圓的位置關(guān)系表示如下:位置關(guān)系關(guān)系式圖示公切線(xiàn)條數(shù)外離d>r1+r2四條外切d=r1+r2三條相交|r1-r2|<d<r1+r2兩條內(nèi)切d=|r1-r2|一條內(nèi)含0≤d<|r1-r2|無(wú)②代數(shù)法:聯(lián)立兩圓方程,根據(jù)方程組解的個(gè)數(shù)即可作出判斷.
當(dāng)>0時(shí),兩圓有兩個(gè)公共點(diǎn),相交;當(dāng)=0時(shí),兩圓只有一個(gè)公共點(diǎn),包括內(nèi)切與外切;當(dāng)<0時(shí),兩圓無(wú)公共點(diǎn),包括內(nèi)含與外離.2.兩圓的公共弦問(wèn)題(1)求兩圓公共弦所在的直線(xiàn)的方程的常用方法兩圓相交時(shí),有一條公共弦,如圖所示.設(shè)圓:,①
圓:,②
①-②,得,③
若圓與圓相交,則③為兩圓公共弦所在的直線(xiàn)的方程.若為圓與圓的交點(diǎn),則點(diǎn)滿(mǎn)足且,所以.即點(diǎn)適合直線(xiàn)方程,故在③所對(duì)應(yīng)的直線(xiàn)上,③表示過(guò)兩圓與交點(diǎn)的直線(xiàn),即公共弦所在的直線(xiàn)的方程.(2)求兩圓公共弦長(zhǎng)的方法
①代數(shù)法:將兩圓的方程聯(lián)立,解出兩交點(diǎn)的坐標(biāo),利用兩點(diǎn)間的距離公式求公共弦長(zhǎng).
②幾何法:求出公共弦所在直線(xiàn)的方程,利用圓的半徑、半弦長(zhǎng)、弦心距構(gòu)成的直角三角形,由勾股定理求出公共弦長(zhǎng).3.兩圓的公切線(xiàn)(1)兩圓公切線(xiàn)的定義
兩圓的公切線(xiàn)是指與兩圓相切的直線(xiàn),可分為外公切線(xiàn)和內(nèi)公切線(xiàn).
(2)兩圓的公切線(xiàn)位置的5種情況①外離時(shí),有4條公切線(xiàn),分別是2條外公切線(xiàn),2條內(nèi)公切線(xiàn);
②外切時(shí),有3條公切線(xiàn),分別是2條外公切線(xiàn),1條內(nèi)公切線(xiàn);
③相交時(shí),有2條公切線(xiàn),都是外公切線(xiàn);
④內(nèi)切時(shí),有1條公切線(xiàn);
⑤內(nèi)含時(shí),無(wú)公切線(xiàn).
判斷兩圓公切線(xiàn)的條數(shù),實(shí)質(zhì)就是判斷兩圓的位置關(guān)系。
(3)求兩圓公切線(xiàn)方程的方法
求兩圓的公切線(xiàn)方程時(shí),首先要判斷兩圓的位置關(guān)系,從而確定公切線(xiàn)的條數(shù),然后利用待定系數(shù)法,設(shè)公切線(xiàn)的方程為y=kx+b,最后根據(jù)相切的條件,得到關(guān)于k,b的方程組,求出k,b的值即可.要注意公切線(xiàn)的斜率可能不存在.【知識(shí)點(diǎn)3與圓有關(guān)的最值問(wèn)題的解題策略】1.解與圓有關(guān)的最值問(wèn)題(1)利用圓的幾何性質(zhì)求最值的問(wèn)題
求圓上點(diǎn)到直線(xiàn)的最大值、最小值,需過(guò)圓心向直線(xiàn)作垂線(xiàn).
①如圖2-5-1-4①,當(dāng)直線(xiàn)l與圓C相交時(shí),最小距離為0,最大距離為AD=r+d.其中r為圓的半徑,d為圓心到直線(xiàn)的距離;②如圖2-5-1-4②,當(dāng)直線(xiàn)l與圓C相切時(shí),最小距離為0,最大距離為AD=2r;③如圖2-5-1-4③,當(dāng)直線(xiàn)l與圓C相離時(shí),最小距離為BD=d-r,最大距離為AD=d+r.(2)利用直線(xiàn)與圓的位置關(guān)系解決最值(取值范圍)問(wèn)題
解析幾何中的最值問(wèn)題一般是根據(jù)條件列出所求目標(biāo)——函數(shù)關(guān)系式,然后根據(jù)函數(shù)關(guān)系式的特征選用參數(shù)法、配方法、判別式法等,應(yīng)用不等式求出其最值(取值范圍).對(duì)于圓的最值問(wèn)題,要利用圓的特殊幾何性質(zhì),根據(jù)式子的幾何意義求解,這常常是簡(jiǎn)化運(yùn)算的最佳途徑.
①形如u=的最值問(wèn)題,可轉(zhuǎn)化為動(dòng)直線(xiàn)斜率的最值問(wèn)題.②形如t=ax+by的最值問(wèn)題,可轉(zhuǎn)化為動(dòng)直線(xiàn)截距的最值問(wèn)題.
③形如的最值問(wèn)題,可轉(zhuǎn)化為動(dòng)點(diǎn)到定點(diǎn)的距離的平方的最值問(wèn)題.
(3)經(jīng)過(guò)圓內(nèi)一點(diǎn)的最長(zhǎng)弦就是經(jīng)過(guò)這點(diǎn)的直徑,過(guò)這點(diǎn)和最長(zhǎng)弦垂直的弦就是最短弦.【方法技巧與總結(jié)】1.圓的切線(xiàn)方程常用結(jié)論(1)過(guò)圓x2+y2=r2上一點(diǎn)P(x0,y0)的圓的切線(xiàn)方程為x0x+y0y=r2.(2)過(guò)圓x2+y2=r2外一點(diǎn)M(x0,y0)作圓的兩條切線(xiàn),則兩切點(diǎn)所在直線(xiàn)方程為x0x+y0y=r2.2.圓與圓的位置關(guān)系的常用結(jié)論兩圓相交時(shí),其公共弦所在的直線(xiàn)方程由兩圓方程相減得到.【題型1直線(xiàn)與圓的位置關(guān)系的判斷】【例1】(2024·山東淄博·二模)若圓C:x2+2x+y2?3=0,則直線(xiàn)l:mx+y=0與圓C的位置關(guān)系是()A.相交 B.相切C.相離 D.相交或相切【變式1-1】(2024·陜西·模擬預(yù)測(cè))“k=125”是“直線(xiàn)kx?y+1+k=0與圓(x?2)2A.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【變式1-2】(2024·安徽·模擬預(yù)測(cè))已知直線(xiàn)l:x+1+ay=2?a,圓C:xA.相離 B.相切 C.相交 D.不確定【變式1-3】(2024·北京大興·三模)已知直線(xiàn)l:y=kx+1與圓C:x+12+y2=r2r>0,則“?k∈RA.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【題型2弦長(zhǎng)問(wèn)題】【例2】(2024·河南·模擬預(yù)測(cè))直線(xiàn)l:x+y=1,圓C:x2+y2?2x?2y?2=0.則直線(xiàn)A.2 B.23 C.27 【變式2-1】(2024·貴州六盤(pán)水·三模)已知直線(xiàn)ax?y+2=0與圓x?12+y2=4相交于A,BA.43 B.1 C.?3【變式2-2】(2024·北京豐臺(tái)·一模)在平面直角坐標(biāo)系xOy中,直線(xiàn)l:ax+by=1上有且僅有一點(diǎn)P,使OP=1,則直線(xiàn)l被圓C:x2A.1 B.3 C.2 D.2【變式2-3】(2024·湖南婁底·一模)已知圓C:(x?1)2+(y+2)2=16,過(guò)點(diǎn)D0,1的動(dòng)直線(xiàn)l與圓C相交于M,NA.4x+3y?3=0 B.3x?4y+4=0C.x=0或4x+3y?3=0 D.4x+3y?3=0或3x?4y+4=0.【題型3切線(xiàn)問(wèn)題、切線(xiàn)長(zhǎng)問(wèn)題】【例3】(2024·遼寧丹東·二模)過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)O作圓C:x2+y2?4x?4y+4=0的兩條切線(xiàn)OA,OB,切點(diǎn)分別為A,A.2 B.2 C.22 【變式3-1】(2024·全國(guó)·模擬預(yù)測(cè))已知點(diǎn)P在圓C:x?a2+y2=a2a>0.上,點(diǎn)A0,2,若PAA.x=0或7x+24y?48=0 B.x=0或7x?24y?48=0C.x=1或24x?7y?48=0 D.x=1或24x+7y?48=0【變式3-2】(2024·北京西城·模擬預(yù)測(cè))已知圓O:x2+y2=1,過(guò)直線(xiàn)3x+4y?10=0上的動(dòng)點(diǎn)P作圓O的一條切線(xiàn),切點(diǎn)為A.1 B.2 C.3 D.2【變式3-3】(2024·全國(guó)·模擬預(yù)測(cè))過(guò)直線(xiàn)y=x上一點(diǎn)M作圓C:x?22+y2=1的兩條切線(xiàn),切點(diǎn)分別為P,Q.若直線(xiàn)PQ過(guò)點(diǎn)1,3A.5x?y?2=0 B.x?5y+14=0C.5x+y?8=0 D.x+5y?16=0【題型4圓上的點(diǎn)到直線(xiàn)距離個(gè)數(shù)問(wèn)題】【例4】(2024·重慶·模擬預(yù)測(cè))設(shè)圓C:x?22+y?12=36和不過(guò)第三象限的直線(xiàn)l:4x+3y?a=0,若圓C上恰有三點(diǎn)到直線(xiàn)l的距離為A.2 B.4 C.26 D.41【變式4-1】(2024·四川成都·三模)已知圓C:x2+y2=1,直線(xiàn)l:x?y+c=0,則“c=22”是“圓CA.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【變式4-2】(2024·全國(guó)·模擬預(yù)測(cè))已知直線(xiàn)l:y=kx+2,圓x2+y2A.1或2 B.-1或?2 C.2或-1 【變式4-3】(2024·山西·二模)已知O是坐標(biāo)原點(diǎn),若圓C:x2+y2+2x?4y+a=0上有且僅有2個(gè)點(diǎn)到直線(xiàn)A.(?4?45,45C.(?2?25,25【題型5面積問(wèn)題】【例5】(2024·湖北·模擬預(yù)測(cè))已知A,B是直線(xiàn)l:x+3y?2=0上的兩點(diǎn),且AB=1,P為圓D:x2+A.32+2C.32?2【變式5-1】(2024·全國(guó)·模擬預(yù)測(cè))已知A(?3,0),B(0,3),設(shè)C是圓M:x2+y2A.12 B.62 C.6 D.【變式5-2】(2024·山西呂梁·一模)已知圓Q:(x?4)2+(y?2)2=4,點(diǎn)P為直線(xiàn)x+y+2=0上的動(dòng)點(diǎn),以PQ為直徑的圓與圓Q相交于A.27 B.47 C.2【變式5-3】(23-24高三上·廣東深圳·期末)P是直線(xiàn)3x?4y+5=0上的一動(dòng)點(diǎn),過(guò)P作圓C:x2+y2?4x+2y+4=0的兩條切線(xiàn),切點(diǎn)分別為A.2 B.22 C.42 【題型6直線(xiàn)與圓位置關(guān)系中的最值問(wèn)題】【例6】(2024·四川攀枝花·三模)由直線(xiàn)y=x上的一點(diǎn)P向圓x?42+y2=4引切線(xiàn),切點(diǎn)為QA.2 B.2 C.6 D.2【變式6-1】(2024·陜西漢中·二模)已知⊙M:x2+y2?2x?2y?2=0,直線(xiàn)l:2x+y+2=0,P為l上的一動(dòng)點(diǎn),A,B為A.?255 B.?45 【變式6-2】(2024·北京門(mén)頭溝·一模)在平面直角坐標(biāo)系中,記d為點(diǎn)Pcosθ,sinθ到直線(xiàn)kx?y?3k+4=0的距離,則當(dāng)θ,A.2 B.3 C.4 D.6【變式6-3】(2024·陜西西安·一模)已知圓O的方程為:x2+y2=1,點(diǎn)A2,0,B0,2,P是線(xiàn)段AB上的動(dòng)點(diǎn),過(guò)P作圓O的切線(xiàn),切點(diǎn)分別為C,D,現(xiàn)有以下四種說(shuō)法:①四邊形PCOD的面積的最小值為1;②四邊形PCOD的面積的最大值為3;③PC?PDA.①③④ B.①②④ C.②③④ D.①④【題型7\t"/gzsx/zj165988/_blank"\o"直線(xiàn)與圓中的定點(diǎn)定值問(wèn)題"直線(xiàn)與圓中的定點(diǎn)定值問(wèn)題】【例7】(2024高三·全國(guó)·專(zhuān)題練習(xí))已知圓A:(x+2)2+y2=25,A為圓心,動(dòng)直線(xiàn)l過(guò)點(diǎn)P(2,0),且與圓A交于B,C兩點(diǎn),記弦BC(1)求曲線(xiàn)E的方程;(2)過(guò)A作兩條斜率分別為k1,k2的直線(xiàn),交曲線(xiàn)E于M,N兩點(diǎn),且k1【變式7-1】(23-24高二上·廣東廣州·期末)已知圓心C在直線(xiàn)y=?2x上,并且經(jīng)過(guò)點(diǎn)A2,?1,與直線(xiàn)x+y?1=0(1)求圓C的標(biāo)準(zhǔn)方程;(2)對(duì)于圓C上的任意一點(diǎn)P,是否存在定點(diǎn)B(不同于原點(diǎn)O)使得PBPO恒為常數(shù)?若存在,求出點(diǎn)B【變式7-2】(23-24高三上·黑龍江哈爾濱·期末)圓G經(jīng)過(guò)點(diǎn)2,23,?4,0(1)求圓G的標(biāo)準(zhǔn)方程;(2)若圓G與x軸分別交于M,N兩點(diǎn),A為直線(xiàn)l:x=16上的動(dòng)點(diǎn),直線(xiàn)AM,AN與曲線(xiàn)圓G的另一個(gè)交點(diǎn)分別為E,F,求證直線(xiàn)EF經(jīng)過(guò)定點(diǎn),并求出定點(diǎn)的坐標(biāo).【變式7-3】(23-24高二上·浙江杭州·期中)已知圓C過(guò)點(diǎn)A2,6,圓心在直線(xiàn)y=x+1上,截y軸弦長(zhǎng)為2(1)求圓C的方程;(2)若圓C半徑小于10,點(diǎn)D在該圓上運(yùn)動(dòng),點(diǎn)B3,2,記M為過(guò)B、D兩點(diǎn)的弦的中點(diǎn),求M(3)在(2)的條件下,若直線(xiàn)BD與直線(xiàn)l:y=x?2交于點(diǎn)N,證明:BM?【題型8圓與圓的位置關(guān)系】【例8】(2024·吉林長(zhǎng)春·模擬預(yù)測(cè))已知圓E:(x?2)2+(y?4)2A.內(nèi)含 B.相切 C.相交 D.外離【變式8-1】(2024·黑龍江雙鴨山·模擬預(yù)測(cè))圓C1:(x?2)2+A.相交 B.外切 C.內(nèi)切 D.相離【變式8-2】(2024·廣東廣州·二模)若直線(xiàn)ax+by=1與圓O:x2+y2=1相切,則圓A.外切 B.相交 C.內(nèi)切 D.沒(méi)有公共點(diǎn)【變式8-3】(2024·山東·模擬預(yù)測(cè))已知圓M:x2+y2+2ay=0a>0的圓心到直線(xiàn)3x+2y=2的距離是13A.相離 B.相交 C.內(nèi)切 D.內(nèi)含【題型9\t"/gzsx/zj165988/_blank"\o"直線(xiàn)與圓中的定點(diǎn)定值問(wèn)題"兩圓的公共弦問(wèn)題】【例9】(2024·黑龍江·模擬預(yù)測(cè))圓C1:x2+A.27 B.7 C.6 D.【變式9-1】(2024·江西宜春·模擬預(yù)測(cè))圓C1:x2+A.555 B.2555 C.3【變式9-2】(2024·河北石家莊·二模)已知圓O1:x2+y2=5與圓O2A.52 B.5 C.15 D.【變式9-3】(2024·河南·二模)若圓C1:x2+y2=1與圓A.2ax+by?1=0 B.2ax+by?3=0C.2ax+2by?1=0 D.2ax+2by?3=0【題型10\t"/gzsx/zj165988/_blank"\o"直線(xiàn)與圓中的定點(diǎn)定值問(wèn)題"兩圓的公切線(xiàn)問(wèn)題】【例10】(2024·河北石家莊·三模)已知圓C1:x2+A.1 B.2 C.3 D.4【變式10-1】(23-24高三下·山東·開(kāi)學(xué)考試)圓C1:x2+A.y=?x+1 B.y=?x+1或y=x+5C.y=?x+5 D.y=x+1或y=2x+5【變式10-2】(23-24高三上·山東棗莊·期末)已知圓C1:(x+1)2+A.1 B.2 C.3 D.4【變式10-3】(23-24高三上·重慶·階段練習(xí))已知圓C1:x2+y2+4x+3=0,圓A.3x+3y=0 B.C.x+35y+8=0 一、單選題1.(2024·北京海淀·三模)已知直線(xiàn)l:kx?y+1?k=0和圓⊙O:x2+y2=r2(r>0),則“r=A.充分而不必要條件 B.必要而不充分條件C.充分必要條件 D.既不充分也不必要條件2.(2024·福建福州·模擬預(yù)測(cè))已知圓x2+y2+4mx?2my+m=0m∈R與A.1 B.0或14 C.0或1 D.3.(2024·黑龍江哈爾濱·模擬預(yù)測(cè))已知圓C1:x2+A.x+y+2=0 B.x+y?2=0 C.x+y+1=0 D.x+y?1=04.(2024·青海西寧·二模)已知圓C:x?32+y?42=9,直線(xiàn)l:m+3A.27 B.10 C.22 5.(2024·內(nèi)蒙古赤峰·三模)已知圓C?:x+12+y+12A.4 B.3 C.2 D.16.(2024·全國(guó)·模擬預(yù)測(cè))已知P為直線(xiàn)l:x?y+1=0上一點(diǎn),過(guò)點(diǎn)P作圓C:x?12+y2=1的一條切線(xiàn),切點(diǎn)為A.1 B.2 C.3 D.27.(2024·廣西賀州·一模)已知點(diǎn)P為直線(xiàn)l1:mx?2y?m+6=0與直線(xiàn)l2:2x+my?m?6=0(m∈R)的交點(diǎn),點(diǎn)Q為圓C:(x+3)A.[22,82] B.(22,88.(2024·廣西南寧·三模)已知圓C:x?42+y2=4,點(diǎn)M在線(xiàn)段y=x(0≤x≤3)上,過(guò)點(diǎn)M作圓C的兩條切線(xiàn),切點(diǎn)分別為A,B,以AB為直徑作圓A.π B.2π C.5π2二、多選題9.(2024·廣西·模擬預(yù)測(cè))已知直線(xiàn)l:y=kx?3+3與曲線(xiàn)C:x2+A.0 B.1 C.2 D.310.(2024·山東泰安·模擬預(yù)測(cè))已知直線(xiàn)l:kx?y?2k+3=0,圓C:x2?2x+A.圓心C的坐標(biāo)為(1,4)B.直線(xiàn)l與圓C始終有兩個(gè)交點(diǎn)C.當(dāng)k=2時(shí),直線(xiàn)l與圓C相
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