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专题02函数的单调性与最值(解析版)_一轮复习_2024年_2024年新高考数学一轮复习之题型归纳与重难专题突破提升(新高考专用)_资料_第二章基本初等函数

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专题02 函数的单调性与最值
目录
题型一: 求单调区间...........................................................4
题型二: 判断函数的单调性.....................................................8
题型三: 函数单调性的应用——比较大小........................................11
题型四: 函数单调性的应用——解不等式........................................13
题型五: 函数单调性的应用——求参数..........................................16
题型六: 函数单调性的应用——求最值..........................................17
知识点一、函数的单调性
(1)单调函数的定义
增函数
减函数
定义
一般地,设函数f(x)的定义域为D,如果对于定义域D 内某个区间I 上的
任意两个自变量的值x1,x2
当x1<x2时,都有f ( x  1)<
  f ( x  2),那么
就称函数f(x)在区间I 上单调递增.
特别地,当函数f(x)在它的定义域
上单调递增时,我们就称它是增函
数
当x1<x2时,都有f ( x  1)>
  f ( x  2),那么就
称函数f(x)在区间I 上单调递减.
特别地,当函数f(x)在它的定义域上
单调递减时,我们就称它是减函数
图象描述
知识点总结
1
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自左向右看图象是上升的
自左向右看图象是下降的
(2)单调区间的定义
如果函数y=f(x)在区间I 上单调递增或单调递减,那么就说函数y=f(x)在这一区间具有(严
格的)单调性,区间
 
  I 叫做y=f(x)的单调区间.
知识点二、函数的最值
前提
设函数y=f(x)的定义域为D,如果存在实数M 满足:
条件
(1)∀x∈D,都有f ( x  )≤
  M
  ;
(2)∃x0∈D,使得f ( x  0) =
  M
  
(1)∀x∈D,都有f ( x  )≥
  M
  ;
(2)∃x0∈D,使得f ( x  0) =
  M
  
结论
M 为最大值
M 为最小值
【常用结论与知识拓展】
1.函数单调性的等价定义
设任意x1,x2∈D(x1≠x2),则(1)>0(或(x1-x2)[f(x1)-f(x2)]>0)⇔f(x)在D 上单调递增;
(2)<0(或(x1-x2)[f(x1)-f(x2)]<0)⇔f(x)在D 上单调递减.
2.函数f(x)=ax+的单调性
若a>0,b<0,则函数在区间(-∞,0),(0,+∞)上是增函数,若a<0,b>0,则函数在区
间(-∞,0),(0,+∞)上是减函数;若a>0,b>0,则函数在区间,上是减函数,在区间,
上是增函数.
特别地,“对勾函数”y=x+(a>0)的单调递增区间为(-∞,-),(,+∞);单调递减区间
是[-,0),(0,].
3.与函数运算有关的单调性结论
2
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(1)函数f(x)与f(x)+c(c 为常数)具有相同的单调性.
(2)k>0 时,函数f(x)与kf(x)单调性相同;k<0 时,函数f(x)与kf(x)单调性相反.
(3)若f(x)恒为正值或恒为负值,则f(x)与具有相反的单调性.
(4)若f(x),g(x)都是增(减)函数,则当两者都恒大于零时,f(x)·g(x)是增(减)函数;当两者都
恒小于零时,f(x)·g(x)是减(增)函数.
(5)在公共定义域内,增+增=增,减+减=减.
(6)复合函数单调性的判断方法:若两个简单函数的单调性相同,则这两个函数的复合函数
为增函数;若两个简单函数的单调性相反,则这两个函数的复合函数为减函数.简称“同
增异减”.
题型一:求单调区间
【要点讲解】(1)图象法:如果f(x)是以图象给出的,或者f(x)的图象易作出,可由函数图象直观
地写出它的单调区间.
【例1】函数
的单调递减区间为  
A.
B.
C.
D.
【解答】解:
,
由题意令
,
由
,解得:
,
故选:
.
【变式训练1】函数
的递增区间是 
,
 .
例题精讲
3
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【解答】解:函数
的图象如图所示:
数形结合可得函数的增区间为
,
,
故答案为:
,
.
【变式训练2】函数
的增区间为  
 .
【解答】解:因为函数
在
上单调递减,在
上单调递增,
所以函数的单调递增区间为
,
故答案为:
.
【变式训练3】函数
的单调递减区间为  
 .
【解答】解:由
,得
,
函数
的定义域为
,
又内层函数
的对称轴方程为
,则内函数在
上为增函数,
4
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且外层函数
为定义域内的减函数,
故复合函数
的单调递减区间为
.
故答案为:
.
【变式训练4】函数
的单调增区间是 
,
 .
【解答】解:解
,得
,或
;
,解
得
;
的单调增区间为
,
.
故答案为
,
.
【变式训练5】函数
的单调减区间为 
 .
【解答】解:令
解得
,
函数
的单调递减区间是
.
故答案为:
.
【变式训练6】已知函数
,则
的单调递增区间为  
 .
【解答】解:当
时,
单调递减;
当
时,
,在
上单调递增,在
单调递减;
故答案为:
.
5
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【例2】求下列函数的单调区间:
(1)
;
(2)
.
【解答】解:(1)
,
画出图象如图所示:
由图象得,函数的单调递减区间为
和
,
单调递增区间为
和
.
(2)
,
画出函数的图象,如图所示:
6
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由图象得,函数的单调递增区间为
和
,
单调递减区间为
和
.
【变式训练1】画出下列函数的图象,并写出函数的单调区间:
(1)
;      (2)
.
【解答】解:(1)先作出函数
的图像,再将其图像向下平移1 个单位,
保留
轴上方的部分,将
轴下方的图像翻折到
轴上方,得到
的图像,
图像如下:
单调减区间
,单调增区间为
;
(2)先作出函数
的图像,保留
轴上方的部分,将
轴下方的图像翻折到
轴上
方,
再将其图像向上平移1 个单位,得到
的图像,
图像如下:
7
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单调减区间
,单调增区间为
.
题型二:判断函数的单调性
【要点讲解】(1)定义法:一般步骤为取值→作差→变形→判断符号→得出结论.
(2)图象法:如果f(x)是以图象形式给出的,或者f(x)的图象易作出,则可由图象的上升或下降确
定单调性.
(3)导数法:先求导数,利用导数值的正负确定函数的单调性(或单调区间).
【例3】下列函数为增函数的是  
A.
B.
C.
D.
【解答】解:函数
与
在定义域内为减函数,不符合题意;
函数
在
上为减函数,不符合题意;
根据幂函数的性质知
为增函数.
故选:
.
【变式训练1】下列函数中,在区间
上为增函数的是  
A.
B.
C.
D.
【解答】解:当
时,
单调递减,
不符合题意;
不具有单调性,不符合题意;
8
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不具有单调性,不符合题意;
单调递增,符合题意.
故选:
.
【变式训练2】下列函数为增函数的是  
A.
B.
C.
D.
【解答】解:
,在
单调递减,故
错误,
在
上单调递增,故
正确;
在
上单调递减,故
错误,
在
上单调递减,故
错误.
故选:
.
【变式训练3】已知函数
同时满足性质:①
;②当
,
时,
,则函数
可能为  
A.
B.
C.
D.
【解答】解:①
说明
为偶函数,②
,说明
函数在
上单调递减.
不满足②,
不满足①,
不满足②,因为
在
单调递减,在
单调递增.
对于
,满足①,当
,
,单调递减,也满足②.
故选:
.
9
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【例4】已知函数
.
(1)若
,求
;
(2)用定义法证明:函数
在区间
上单调递减.
【解答】解:(1)由
,得
故
,解得
或
;
(2)证:任取
,
则
,
,
,
,
故
,即
,
故
在区间
上单调递减.
【变式训练1】已知
,
.
(1)解不等式
;
(2)判断并证明函数
的单调性.
【解答】解:(1)由
,
,
,得
,
解得
,
即不等式解集为
;
10
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(2)在
,
为减函数.证明如下:
设
,则
,
因为
,
,
,
所以
,
即
.
所以
是
,
上的减函数.
【变式训练2】已知函数
,二次函数
满足
,且不等式
的解集为
.
(1)求
,
的解析式;
(2)设
,根据定义证明:
在
上为增函数.
【解答】解:(1)依题意,
,因此
,
设二次函数
,不等式
,即为
,
则
,4 是关于
的一元二次方程
的两个实根,且
,
于是得
,又
(1)
,解得
,
,
,
于是得
,
所以
,
.
(2)证明:由(1)知,
,
11
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任取
,
,且
,
,
因为
,有
,
,
,则
,即
,
所以函数
在
上为增函数.
题型三:函数单调性的应用——比较大小
【要点讲解】将自变量转化到同一个单调区间内,然后利用函数的单调性解决
【例5】设函数
定义在实数集上,它的图象关于直线
对称,且当
时,
,则有  
A.
B.
C.
D.
【解答】解:由题意可得,函数
在
,
上是增函数,
再根据函数的图象关于直线
对称,可得函数在
,
上是减函数.
故离直线
越近的点,函数值越小.
,
,
,
,
故选:
.
【变式训练1】函数
,若
,
,
,则  
A.
B.
C.
D.
【解答】解:
函数
,
12
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函数
为增函数,
又
,
则
,
即
,
故选:
.
【变式训练2】若实数
,
满足
,则  
A.
B.
C.
D.
【解答】解:令
,可得定义域为
,且在
上单调递
增,
,
即
,可得
,
,
可得
,
,
,故
,
对,
错,
又
和
的大小关系不确定,故
不成立.
故选:
.
【变式训练3】已知
是定义在
上的增函数,
,
,
,则
,
,
的大小关系是  
A.
B.
C.
D.
【解答】解:因为函数
为
上单调增函数,故
,而
,
由于
是定义在
上的增函数,故
,
13
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即
.
故选:
.
【变式训练4】已知定义在
上的函数
满足
,设
,
,
,则
(a),
(b),
(c)的大小顺序是  
(
  c )
  
(
  a )
  
(
  b ) 
 
 .(用“
”号连接)
【解答】解:定义在
上的函数
满足
,
则函数
在
上为增函数,
又由
,
,
,即
,
,
,
则有
,则
(c)
(a)
(b).
故答案为:
(c)
(a)
(b).
题型四:函数单调性的应用——解不等式
【要点讲解】往往是利用函数的单调性将“f”符号脱掉,使其转化为具体的不等式求解.此时,
应特别注意函数的定义域
【例6】设函数
在
上是奇函数,且在
上是减函数,若
,
则
的取值范围是  
A.
B.
C.
D.
【解答】解:
函数
在
上是奇函数
14
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则
函数
在
上是奇函数,且在
上是减函数,
解得
,
的取值范围是:
,
故选:
.
【变式训练1】已知函数
在定义域
上是减函数,且
,则
实数
的取值范围是  
A.
B.
C.
D.
【解答】解:因为函数
在定义域
上是减函数,且
,
则有
,
解得
,
所以实数
的取值范围是
.
故选:
.
【变式训练2】已知函数
是实数集
上的减函数,则不等式
的解集
为  
A.
B.
C.
D.
【解答】解:由函数
是实数集
上的减函数,又
,
所以
,解得
.
15
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故选:
.
【变式训练3】已知函数
关于直线
对称,且当
时,
恒成立,则满足
的
的取值范围是  
A.
B.
C.
D.
【解答】解:由题知
关于直线
对称,
故
为偶函数,
,
当
时,
恒成立,
则
在
,
上单调递增,
,
,
,
即
,
解得:
.
故选:
.
【变式训练4】已知幂函数
的图象关于
轴对称,且在
上单调递
减,则满足
的
的取值范围为  
A.
B.
C.
D.
【解答】解:幂函数
在
上单调递减,故
,解得
16
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,
又
,故
或2,
当
时,
的图象关于
轴对称,满足题意,
当
时,
的图象不关于
轴对称,舍去,故
,
不等式化为
,
函数
在
和
上单调递减,
故
或
或
,解得
或
.
故选:
.
题型五:函数单调性的应用——求参数
【要点讲解】通常要把参数视为已知数,依据函数的图象或单调性的定义,确定函数的单调区
间,与已知单调区间比较求参数.解决分段函数的单调性问题,要注意上、下段端点值的大小
关系
【例7】已知函数
在
,
上是增函数,则实数
的取值范围是 
,
 .
【解答】解:设
,根据对数函数及复合函数的单调性知:
在
,
上是增函数,且
(2)
;
;
;
实数
的取值范围是
,
.
17
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故答案为:
,
.
【变式训练1】已知
,若函数
在区间
,
上为减函数,则
的取值
范围是  
A.
B.
C.
D.
【解答】解:令
,则
,
所以
,
所以
在
,
上递减,
因为函数
在区间
,
上为减函数,
所以
,得
.
故选:
.
【变式训练2】若函数
与函数
在区间
,
上都是减函数,则
的取值范围是  
A.
,
,
B.
,
,
C.
D.
,
【解答】解:
函数
在区间
,
上是减函数,
,
又
在区间
,
上是减函数,
,
18
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故
的取值范围是
,即
,
,
故选:
.
【变式训练3】若函数
是
上的增函数,则
的取值范围为  
A.
B.
C.
,
D.
【解答】解:若函数
是
上的增函数,
则满足
,解得
,
即
的取值范围为
,
.
故选:
.
题型六:函数单调性的应用——求最值
【要点讲解】利用函数单调性求最值是求函数最值的重要方法,特别是当函数图象不易作出
时
【例8】函数
在区间
,
上的最小值是  
A.
B.
C.1
D.
【解答】解:函数
在
,
上减函数,
所以函数的最小值为:
.
故选:
.
【变式训练1】已知函数
,则
在区间
的最大值为  
 .
【解答】解:
,
19
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,
令
,则
,
在
,
单调递减,在
,
单调递增,
,
,
,
则
在区间
的最大值为
.
故答案为:
.
【变式训练2】已知函数
是定义在
,
上的奇函数,且当
,
时,
,则
的最小值是  
A.
B.
C.1
D.2
【解答】解:根据题意,当
,
时,
,变形可得
,
则有
,
,
又由
是
,
上的奇函数,
则
,
故
的值域
,
,
,
故
的最小值是
.
故选:
.
【变式训练3】已知函数
,则函数
有  
20
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A.最小值1,无最大值
B.最大值
,无最小值
C.最小值
,无最大值
D.无最大值,无最小值
【解答】解:函数
的定义域为
,
,
由
和
在
,
均为增函数,
可得
在
,
为增函数,
则
有最小值
,无最大值.
故选:
.
【变式训练4】
的最大值是  
A.
B.2
C.
D.4
【解答】解:由已知可得
,解得
,故函数
的定义域为
,
,
令
,则
,且
,
则
,
当且仅当
,即
时取等号,
故函数
的最大值为
.
故选:
.
【变式训练5】已知函数
(1)若函数
在
上是增函数,求实数
的取值范围
(2)求函数
在区间
,
上的最小值.
21
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【解答】解:(1)
,
由
在
上是增函数,则
,
即
,
则
范围为
,
;
(2)①当
时,在区间
,
上,
,
其图象是开口向上的抛物线,对称轴是
,
,
,
(1)
;
②当
时,在区间
,
上,
,
;
③当
时,在区间
,
上,
,
其图象是开口向下的抛物线,对称轴是
,
当
即
时,
(2)
;
当
即
时,
(1)
.
综上,
.
22
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一.选择题(共6 小题)
1.下列函数中,在
,
内为增函数的是  
A.
B.
C.
D.
【解答】解:对于
,
在
,
内为减函数,故
不符合题意;
对于
,
在
内没有意义,故
不符合题意;
对于
,
在
,
内为增函数,故
符合题意;
对于
,
在
,
内没有意义,故
不符合题意.
故选:
.
2.下列函数中是减函数的为  
A.
B.
C.
D.
【解答】解:因为
在
单调递增,所以
选项错误,
因为
单调递增,所以
选项错误,
因为
底数大于1 即为增函数,所以
选项错误.
故选:
.
3.下列函数中,在区间
上是减函数的是  
A.
B.
C.
D.
课后练习
23
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【解答】解:根据题意,依次分析选项:
对于
,
,是二次函数,在区间
上是增函数,不符合题意;
对于
,
,是幂函数,在区间
上是增函数,不符合题意,
对于
,
,是指数函数,在区间
上是增函数,不符合题意;
对于
,
,是一次函数,在区间
上是减函数,符合题意;
故选:
.
4.已知定义在
,
上的函数
满足对于任意的
,
,
,且
,都有
,则不等式
的解集为  
A.
,
B.
,
C.
,
D.
,
【解答】解:
对于任意的
,
,
,且
,都有
,
时,
,
在
,
上单调递减,
由
得,
,解得
,
不等式
的解集为
,
.
故选:
.
5.已知函数
是
上的增函数,函数
是
上的减函数,则下列函数一定是增函数
的是  
A.
B.
C.
D.
24
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【解答】解:对于
,
不一定是增函数,例如
,
,
为减函数,故
错误;
对于
,
一定是增函数,任取
,
,且
,
由于
在
上是增函数,
在
上是减函数,
有
,
,
,
,
函数
在
上是增函数,故
正确;
对于
,
为减函数,任取
,
,且
,
由于
在
上是增函数,
在
上是减函数,
有
,
,
,
,
函数
在
上是增函数,故
错误;
对于
,
不一定是增函数,例如
,
,
在
上不
是增函数,故
错误;
故选:
.
6.下列函数中,在区间
上是增函数的是  
A.
B.
C.
D.
25
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【解答】解:选项
,
是开口向上,对称轴为
的二次函数,所以在
上
递减,在
上递增,不符合题意;
选项
,
在
上是减函数,不符合题意;
选项
,
,在
上是增函数,符合题意;
选项
,因为
在
上是增函数,所以
在
上是减函数,不符合题
意.
故选:
.
二.多选题(共2 小题)
7.已知
是定义在
,
上的函数,根据下列条件,可以断定
是增函数的是 
A.对任意
,都有
B.对任意
,
,
,且
,都有
C.对任意
,
,
,且
,都有
D.对任意
,
,
,且
,都有
【解答】解:对于
,设函数
为取整函数,对任意
,都有
,但函
数
不是增函数,不符合题意;
对于
,若函数
为常函数,且满足对任意
,
,
,
,都有
,但
不是增函数,不合题意;
对于
,对任意
,
,
,且
,都有
,即当
时,
26
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都有
,所以
是增函数;
对于
,对任意
,
,
,设
,若
,
必有
,所以函数
在
,
上为增函数.
故选:
.
8.给出下列四个结论,其中所有正确结论的序号是  
A.“
”是“
”的充分不必要条件
B.函数
,
过定点
C.定义在
上的函数
满足
,且
(3)
,则不等式
的解集为
D.已知
在区间
上为减函数,则实数
的取值范围是
,
【解答】解:对于
选项:结合
可得
,
可得出
,而
得不出
,
所以
是
的充分不必要条件,故
正确;
对于
选项:
,当
,
(2)
,即过定点
,故
错误;
对于
选项:不妨设
,则
,两边同时除以
,得
,
令
,
,则
,所以
在
单调递减,
27
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由
变形
,
,即
(3),
得
,故
正确;
对于
选项:因为
在区间
上为减函数,
由复合函数可知只需要
在
恒成立并且令
该二次
函数
在
单调递增即可,由二次函数图像可得
,得
,故
选项正确;
故选:
.
三.填空题(共4 小题)
9.已知函数
在
,
上的最大值为3,则实数
的值为  
  3  
  .
【解答】解:
,
显然
,
当
时,函数
在
,
上单调递减,则
,解得
;
当
时,函数
在
,
上单调递增,则
,解得
(舍;
综上,
.
故答案为:3.
10.函数
的最小值是  
 .
【解答】解:
.
当且仅当
,即
,
时等号成立.
函数
的最小值是
.
故答案为:
.
28
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11.已知函数
,则
的单调增区间为  
,
 .
【解答】解:由
,得
,解得
,
令
,其对称轴方程为
,图象是开口向下的抛物线,
则
在
,
上为增函数,
又
为定义域内的增函数,
则
的单调增区间为
,
.
故答案为:
,
.
12.若函数
单调递增,则实数
的取值范围是  
 .
【解答】解:
函数
单调递增,
,解得
,
所以实数
的取值范围是
.
故答案为:
.
四.解答题(共3 小题)
13.设函数
.
(1)求不等式
的解集;
(2)若函数
的最小值为16,求实数
的值.
【解答】解:(1)当
时,
,解得:
29
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;
当
时,
,解得:
;
当
时,
,解得:
;
综上所述:不等式
的解集为
.
(2)
(当且
仅当
,即
时取等号),
,解得
.
14.已知
,函数
的最大值为4,
(1)求实数
的值;
(2)若实数
,
,
满足
,求
的最小值.
【
解
答
】
解
:
(
1
)
,
,
,当
时取等号,
,又
的最大值为4,
,即
.
(2)根据柯西不等式得:
,
,
当且仅当
,即
,
,
时等号成立.
的最小值为
.
15.设
.
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(1)求不等式
的解集
;
(2)若函数
在
上最小值为
,求实数
的值;
(3)若对任意的正实数
,存在
,使得
,求实数
的最大值.
【解答】解:(1)
,
,即
,也即
所以
若
,该不等式无解;
若
,
,所以
或
;
若
,
,所以
综上,当
时,
;当
时,
,
,
;当
时,
;
(2)若
,
在
单调递增,故
在
上无最小值;
若
,
在
单调递增,故
在
上无最小值;
若
,
,
所以
,解得
或
,
所以
或
;
(3)因为对任意的正实数
,存在
,使得
,所以
,
当
时,
在
上单调递增,
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所以
,
所以
,
当
,即
,由
,解得
,
当
时,
,即
(1)
,所以
,
当
时,
,即
,所以
,
所以
,
所以实数
的最大值为
.
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