人教版 高中數(shù)學(xué) 選修23 學(xué)案2.2.3 獨立重復(fù)試驗與二項分布
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1、2019人教版精品教學(xué)資料高中選修數(shù)學(xué) 2.2.3 獨立重復(fù)試驗與二項分布 1.理解n次獨立重復(fù)試驗的模型. 2.理解二項分布.(難點) 3.能利用獨立重復(fù)試驗的模型及二項分布解決一些簡單的實際問題.(重點) [基礎(chǔ)初探] 教材整理 獨立重復(fù)試驗與二項分布 閱讀教材P56~P57,完成下列問題. 1.n次獨立重復(fù)試驗 一般地,在相同條件下重復(fù)做的n次試驗稱為n次獨立重復(fù)試驗. 2.二項分布 一般地,在n次獨立重復(fù)試驗中,用X表示事件A發(fā)生的次數(shù),設(shè)每次試驗中事件A發(fā)生的概率為p,則P(X=k)=Cpk(1-p)n-k,k=0,1,2,…,n.此時稱隨機變量X服
2、從二項分布,記作X~B(n,p),并稱p為成功概率. 1.獨立重復(fù)試驗滿足的條件是________.(填序號) ①每次試驗之間是相互獨立的; ②每次試驗只有發(fā)生和不發(fā)生兩種情況; ③每次試驗中發(fā)生的機會是均等的; ④每次試驗發(fā)生的事件是互斥的. 【解析】 由n次獨立重復(fù)試驗的定義知①②③正確. 【答案】 ①②③ 2.一枚硬幣連擲三次,只有一次出現(xiàn)正面的概率為________. 【解析】 拋擲一枚硬幣出現(xiàn)正面的概率為,由于每次試驗的結(jié)果不受影響,故由獨立重復(fù)試驗可知,所求概率為P=C2=. 【答案】 3.已知隨機變量X服從二項分布,X~B,則P(X=2)等于_____
3、___. 【導(dǎo)學(xué)號:97270043】 【解析】 P(X=2)=C42=. 【答案】 [質(zhì)疑手記] 預(yù)習(xí)完成后,請將你的疑問記錄,并與“小伙伴們”探討交流: 疑問1: 解惑: 疑問2: 解惑:
4、 疑問3: 解惑: [小組合作型] 獨立重復(fù)試驗中的概率問題 (1)某射手射擊一次,擊中目標(biāo)的概率是0.9,他連續(xù)射擊三次,且他每次射擊是否擊中目標(biāo)之間沒有影響,有下列結(jié)論: ①他三次都擊中目標(biāo)的概率是0.93; ②他第三
5、次擊中目標(biāo)的概率是0.9; ③他恰好2次擊中目標(biāo)的概率是20.920.1; ④他恰好2次未擊中目標(biāo)的概率是30.90.12. 其中正確結(jié)論的序號是________(把正確結(jié)論的序號都填上). (2)某氣象站天氣預(yù)報的準(zhǔn)確率為80%,計算(結(jié)果保留到小數(shù)點后面第2位): ①5次預(yù)報中恰有2次準(zhǔn)確的概率; ②5次預(yù)報中至少有2次準(zhǔn)確的概率; ③5次預(yù)報中恰有2次準(zhǔn)確,且其中第3次預(yù)報準(zhǔn)確的概率. 【自主解答】 (1)三次射擊是三次獨立重復(fù)試驗,故正確結(jié)論的序號是①②④. 【答案】?、佗冖? (2)記預(yù)報一次準(zhǔn)確為事件A,則P(A)=0.8. 5次預(yù)報相當(dāng)于5次獨立重復(fù)試驗,
6、2次準(zhǔn)確的概率為P=C0.820.23=0.051 2≈0.05, 因此5次預(yù)報中恰有2次準(zhǔn)確的概率約為0.05. ②“5次預(yù)報中至少有2次準(zhǔn)確”的對立事件為“5次預(yù)報全部不準(zhǔn)確或只有1次準(zhǔn)確”, 其概率為 P=C(0.2)5+C0.80.24=0.006 72≈0.01. 所以所求概率為1-P=1-0.01=0.99. 所以5次預(yù)報中至少有2次準(zhǔn)確的概率約為0.99. ③說明第1,2,4,5次中恰有1次準(zhǔn)確. 所以概率為P=C0.80.230.8=0.02 048≈0.02, 所以恰有2次準(zhǔn)確,且其中第3次預(yù)報準(zhǔn)確的概率約為0.02. 獨立重復(fù)試驗概率求法的三個步驟
7、 1.判斷:依據(jù)n次獨立重復(fù)試驗的特征,判斷所給試驗是否為獨立重復(fù)試驗. 2.分拆:判斷所求事件是否需要分拆. 3.計算:就每個事件依據(jù)n次獨立重復(fù)試驗的概率公式求解,最后利用互斥事件概率加法公式計算. [再練一題] 1.(1)甲、乙兩隊進行排球比賽,已知在一局比賽中甲隊勝的概率為,沒有平局.若進行三局兩勝制比賽,先勝兩局者為勝,甲獲勝的概率為________. (2)在4次獨立重復(fù)試驗中,事件A至少發(fā)生1次的概率為,則事件A在1次試驗中出現(xiàn)的概率為 ______________________________________________________________
8、__________. 【解析】 (1)“甲獲勝”分兩類:①甲連勝兩局;②前兩局中甲勝一局,并勝最后一局.即P=2+C=. (2)由題意知,Cp0(1-p)4=1-,p=. 【答案】 (1) (2) 二項分布 一名學(xué)生每天騎自行車上學(xué),從家到學(xué)校的途中有5個交通崗,假設(shè)他在各交通崗遇到紅燈的事件是相互獨立的,并且概率都是. (1)求這名學(xué)生在途中遇到紅燈的次數(shù)ξ的分布列; (2)求這名學(xué)生在首次遇到紅燈或到達目的地停車前經(jīng)過的路口數(shù)η的分布列. 【精彩點撥】 (1)首先判斷ξ是否服從二項分布,再求分布列.(2)注意“首次遇到”“或到達”的含義,并明確η的取值.再求η取各值
9、的概率. 【自主解答】 (1)ξ~B,ξ的分布列為P(ξ=k) =Ck5-k,k=0,1,2,3,4,5. (2)η的分布列為P(η=k)=P(前k個是綠燈,第k+1個是紅燈)=k,k=0,1,2,3,4; P(η=5)=P(5個均為綠燈)=5. 故η的分布列為 η 0 1 2 3 4 5 P 1.本例屬于二項分布,當(dāng)X服從二項分布時,應(yīng)弄清X~B(n,p)中的試驗次數(shù)n與成功概率p. 2.解決二項分布問題的兩個關(guān)注點 (1)對于公式P(X=k)=Cpk(1-p)n-k(k=0,1,2,…,n)必須在滿足“獨立重復(fù)試驗”時才能運用
10、,否則不能應(yīng)用該公式. (2)判斷一個隨機變量是否服從二項分布,關(guān)鍵有兩點:一是對立性,即一次試驗中,事件發(fā)生與否兩者必有其一;二是重復(fù)性,即試驗是獨立重復(fù)地進行了n次. [再練一題] 2.在一次數(shù)學(xué)考試中,第14題和第15題為選做題.規(guī)定每位考生必須且只需在其中選做一題.設(shè)4名考生選做每道題的可能性均為,且各人的選擇相互之間沒有影響. (1)求其中甲、乙2名考生選做同一道題的概率; (2)設(shè)這4名考生中選做第15題的人數(shù)為ξ名,求ξ的分布列. 【解】 (1)設(shè)事件A表示“甲選做14題”,事件B表示“乙選做14題”,則甲、乙2名考生選做同一道題的事件為“AB+”,且事件A,
11、B相互獨立. ∴P(AB+)=P(A)P(B)+P()P() =+=. (2)隨機變量ξ的可能取值為0,1,2,3,4,且ξ~B. ∴P(ξ=k)=Ck4-k =C4(k=0,1,2,3,4). ∴隨機變量ξ的分布列為 ξ 0 1 2 3 4 P [探究共研型] 獨立重復(fù)試驗與二項分布綜合應(yīng)用 探究1 王明在做一道單選題時,從A、B、C、D四個選項中隨機選一個答案,他做對的結(jié)果數(shù)服從二項分布嗎?兩點分布與二項分布有何關(guān)系? 【提示】 做一道題就是做一次試驗,做對的次數(shù)可以為0次、1次,它服從二項分布.兩點分布就是一種特殊的二項分布,
12、即是n=1的二項分布. 探究2 王明做5道單選題,每道題都隨機選一個答案,那么他做對的道數(shù)服從二項分布嗎?為什么? 【提示】 服從二項分布.因為每道題都是隨機選一個答案,結(jié)果只有兩個:對與錯,并且每道題做對的概率均相等,故做5道題可以看成“一道題”重復(fù)做了5次,做對的道數(shù)就是5次試驗中“做對”這一事件發(fā)生的次數(shù),故他做對的“道數(shù)”服從二項分布. 探究3 王明做5道單選題,其中2道會做,其余3道均隨機選一個答案,他做對的道數(shù)服從二項分布嗎?如何判斷一隨機變量是否服從二項分布? 【提示】 不服從二項分布.因為會做的兩道題做對的概率與隨機選取一個答案做對的概率不同,不符合二項分布的特點,判斷
13、一個隨機變量是否服從二項分布關(guān)鍵是看它是否是n次獨立重復(fù)試驗,隨機變量是否為在這n次獨立重復(fù)試驗中某事件發(fā)生的次數(shù),滿足這兩點的隨機變量才服從二項分布,否則就不服從二項分布. (2016泰興高二檢測)甲乙兩隊參加奧運知識競賽,每隊3人,每人回答一個問題,答對者為本隊贏得一分,答錯得零分.假設(shè)甲隊中每人答對的概率均為,乙隊中3人答對的概率分別為,,,且各人回答正確與否相互之間沒有影響.用ξ表示甲隊的總得分. (1)求隨機變量ξ的分布列; (2)用A表示“甲、乙兩個隊總得分之和等于3”這一事件,用B表示“甲隊總得分大于乙隊總得分”這一事件,求P(AB). 【精彩點撥】 (1)由于甲隊中每
14、人答對的概率相同,且正確與否沒有影響,所以ξ服從二項分布,其中n=3,p=; (2)AB表示事件A、B同時發(fā)生,即甲、乙兩隊總得分之和為3且甲隊總得分大于乙隊總得分. 【自主解答】 (1)由題意知,ξ的可能取值為0,1,2,3,且 p(ξ=0)=C3=, P(ξ=1)=C2=, P(ξ=2)=C2=, P(ξ=3)=C3=. 所以ξ的分布列為 ξ 0 1 2 3 P (2)用C表示“甲得2分乙得1分”這一事件,用D表示“甲得3分乙得0分”這一事件,所以AB=C∪D,且C,D互斥, 又P(C)=C2 =, P(D)=C3=, 由互斥事件的概
15、率公式得 P(AB)=P(C)+P(D) =+= =. 對于概率問題的綜合題,首先,要準(zhǔn)確地確定事件的性質(zhì),把問題化歸為古典概型、互斥事件、獨立事件、獨立重復(fù)試驗四類事件中的某一種;其次,要判斷事件是A+B還是AB,確定事件至少有一個發(fā)生,還是同時發(fā)生,分別運用相加或相乘事件公式,最后,選用相應(yīng)的求古典概型、互斥事件、條件概率、獨立事件、n次獨立重復(fù)試驗的概率公式求解. [再練一題] 3.(2016浙江余姚質(zhì)檢)為拉動經(jīng)濟增長,某市決定新建一批重點工程,分為基礎(chǔ)設(shè)施工程、民生工程和產(chǎn)業(yè)建設(shè)工程三類,這三類工程所含項目的個數(shù)分別占總數(shù)的,,.現(xiàn)有3名工人獨立地從中任選一個
16、項目參與建設(shè). (1)求他們選擇的項目所屬類別互不相同的概率; (2)記ξ為3人中選擇的項目屬于基礎(chǔ)設(shè)施工程或產(chǎn)業(yè)建設(shè)工程的人數(shù),求ξ的分布列. 【解】 記第i名工人選擇的項目屬于基礎(chǔ)設(shè)施工程、民生工程和產(chǎn)業(yè)建設(shè)工程分別為事件Ai,Bi,Ci,i=1,2,3.由題意知A1,A2,A3相互獨立,B1,B2,B3相互獨立,C1,C2,C3相互獨立,Ai,Bj,Ck(i,j,k=1,2,3且i,j,k互不相同)相互獨立,用P(Ai)=,P(Bj)=, P(Ck)=. (1)他們選擇的項目所屬類別互不相同的概率. P=3! P(A1B2C3)=6P(A1)P(B2)P(C3)=6=. (
17、2)法一:設(shè)3名工人中選擇的項目屬于民生工程的人數(shù)為η,由已知,η~B,且ξ=3-η,所以 P(ξ=0)=P(η=3)=C3=,P(ξ=1)=P(η=2)=C2=,P(ξ=2)=P(η=1)= C2=,P(ξ=3)=P(η=0)=C3=. 故ξ的分布列是 ξ 0 1 2 3 p 法二:記第i名工人選擇的項目屬于基礎(chǔ)設(shè)施工程或產(chǎn)業(yè)建設(shè)工程分別為事件Di,i=1,2,3.由已知,D1,D2,D3相互獨立,且P(Di)=P(Ai∪Ci)=P(Ai)+ P(Ci)=+=,所以ξ~B,即P(ξ=k)=Ck3-k,k=0,1,2,3. 故ξ的分布列是 ξ
18、 0 1 2 3 p [構(gòu)建體系] 1.已知X~B,則P(X=2)等于( ) A. B. C. D. 【解析】 P(X=2)=C24=. 【答案】 D 2.某電子管正品率為,次品率為,現(xiàn)對該批電子管進行測試,設(shè)第ξ次首次測到正品,則P(ξ=3)=( ) A.C2 B.C2 C.2 D.2 【解析】 ξ=3表示第3次首次測到正品,而前兩次都沒有測到正品,故其概率是2. 【答案】 C 3.某市公租房的房源位于A,B,C三個片區(qū),設(shè)每位申請人只申請其中一個片區(qū)的房源,且申請其中任一個片區(qū)的房源是等可能的.該市的4位申請
19、人中恰有2人申請A片區(qū)房源的概率為________. 【導(dǎo)學(xué)號:97270044】 【解析】 每位申請人申請房源為一次試驗,這是4次獨立重復(fù)試驗, 設(shè)申請A片區(qū)房源記為A,則P(A)=, 所以恰有2人申請A片區(qū)的概率為C22=. 【答案】 4.設(shè)X~B(4,p),且P(X=2)=,那么一次試驗成功的概率p等于________. 【解析】 P(X=2)=Cp2(1-p)2=, 即p2(1-p)2=22, 解得p=或p=. 【答案】 或 5.甲、乙兩人各射擊一次擊中目標(biāo)的概率分別是和,假設(shè)兩人射擊是否擊中目標(biāo),相互之間沒有影響,每次射擊是否擊中目標(biāo),相互之間也沒有影響. (
20、1)求甲射擊4次,至少1次未擊中目標(biāo)的概率; (2)求兩人各射擊4次,甲恰好擊中目標(biāo)2次且乙恰好擊中目標(biāo)3次的概率. 【解】 設(shè)“甲、乙兩人各射擊一次擊中目標(biāo)分別記為A,B”,則P(A)=,P(B)=. (1)甲射擊4次,全擊中目標(biāo)的概率為 CP4(A)[1-P(A)]0=4=. 所以甲射擊4次至少1次未擊中目標(biāo)的概率為 1-=. (2)甲、乙各射擊4次,甲恰好擊中2次,概率為 CP2(A)[1-P(A)]2=622=. 乙恰好擊中3次,概率為CP3(B)[1-P(B)]1=. 故所求概率為=. 我還有這些不足: (1)
21、 (2) 我的課下提升方案: (1) (2) 學(xué)業(yè)分層測評 (建議用時:45分鐘) [學(xué)業(yè)達標(biāo)] 一、選擇題 1.一頭病豬服用某藥品后被治愈的概率是90%,則服用這種藥的5頭病豬中恰有3頭豬被
22、治愈的概率為( ) A.0.93 B.1-(1-0.9)3 C.C0.930.12 D.C0.130.92 【解析】 由獨立重復(fù)試驗恰好發(fā)生k次的概率公式知,該事件的概率為C0.93(1-0.9)2. 【答案】 C 2.假設(shè)流星穿過大氣層落在地面上的概率為,現(xiàn)有流星數(shù)量為5的流星群穿過大氣層有2個落在地面上的概率為( ) A. B. C. D. 【解析】 此問題相當(dāng)于一個試驗獨立重復(fù)5次,有2次發(fā)生的概率,所以P=C23=. 【答案】 B 3.在4次獨立重復(fù)試驗中事件出現(xiàn)的概率相同.若事件A至少發(fā)生1次的概率為,則事件A在1次試驗中出現(xiàn)的概
23、率為( ) A. B. C. D. 【解析】 設(shè)所求概率為p,則1-(1-p)4=,得p=. 【答案】 A 4.位于坐標(biāo)原點的一個質(zhì)點P按下述規(guī)則移動:質(zhì)點每次移動一個單位;移動的方向為向上或向右,并且向上、向右移動的概率都是,質(zhì)點P移動五次后位于點(2,3)的概率是( ) 【導(dǎo)學(xué)號:97270045】 A.5 B.C5 C.C3 D.CC5 【解析】 如圖,由題可知,質(zhì)點P必須向右移動2次,向上移動3次才能位于點(2,3),問題相當(dāng)于5次獨立重復(fù)試驗向右恰好發(fā)生2次的概率.所以概率為 P=C23=C5.故選 B. 【答案】 B 5.若隨機
24、變量ξ~B,則P(ξ=k)最大時,k的值為( ) A.1或2 B.2或3 C.3或4 D.5 【解析】 依題意P(ξ=k)=Ck5-k,k=0,1,2,3,4,5. 可以求得P(ξ=0)=,P(ξ=1)=,P(ξ=2)=,P(ξ=3)=,P(ξ=4)=,P(ξ=5)=.故當(dāng)k=2或1時,P(ξ=k)最大. 【答案】 A 二、填空題 6.已知汽車在公路上行駛時發(fā)生車禍的概率為0.001,如果公路上每天有1 000輛汽車通過,則公路上發(fā)生車禍的概率為________;恰好發(fā)生一起車禍的概率為________.(已知0.9991 000≈0.367 70,0.999999≈0.3
25、68 06,精確到0.000 1) 【解析】 設(shè)發(fā)生車禍的車輛數(shù)為X,則X~B(1 000,0.001). (1)記事件A:“公路上發(fā)生車禍”,則P(A)=1-P(X=0)=1-0.9991 000≈1-0.367 70=0.632 3. (2)恰好發(fā)生一次車禍的概率為 P(X=1)=C0.0010.999999≈0.368 06≈0.368 1. 【答案】 0.632 3 0.368 1 7.在等差數(shù)列{an}中,a4=2,a7=-4,現(xiàn)從{an}的前10項中隨機取數(shù),每次取出一個數(shù),取后放回,連續(xù)抽取3次,假定每次取數(shù)互不影響,那么在這三次取數(shù)中,取出的數(shù)恰好為兩個正數(shù)和一個負
26、數(shù)的概率為______.(用數(shù)字作答) 【解析】 由已知可求通項公式為an=10-2n(n=1,2,3,…),其中a1,a2,a3,a4為正數(shù),a5=0,a6,a7,a8,a9,a10為負數(shù),∴從中取一個數(shù)為正數(shù)的概率為=,取得負數(shù)的概率為. ∴取出的數(shù)恰為兩個正數(shù)和一個負數(shù)的概率為C21=. 【答案】 8.下列說法正確的是________.(填序號) ①某同學(xué)投籃的命中率為0.6,他10次投籃中命中的次數(shù)X是一個隨機變量,且X~B(10,0.6); ②某福彩的中獎概率為p,某人一次買了8張,中獎張數(shù)X是一個隨機變量,且X~B(8,p); ③從裝有5個紅球、5個白球的袋中,有放
27、回地摸球,直到摸出白球為止,則摸球次數(shù)X是隨機變量,且X~B. 【解析】?、佗陲@然滿足獨立重復(fù)試驗的條件,而③雖然是有放回地摸球,但隨機變量X的定義是直到摸出白球為止,也就是說前面摸出的一定是紅球,最后一次是白球,不符合二項分布的定義. 【答案】?、佗? 三、解答題 9.(2016濱州高二檢測)某市醫(yī)療保險實行定點醫(yī)療制度,按照“就近就醫(yī),方便管理”的原則,參加保險人員可自主選擇四家醫(yī)療保險定點醫(yī)院和一家社區(qū)醫(yī)院作為本人就診的醫(yī)療機構(gòu).若甲、乙、丙、丁4名參加保險人員所在地區(qū)有A,B,C三家社區(qū)醫(yī)院,并且他們的選擇相互獨立.設(shè)4名參加保險人員選擇A社區(qū)醫(yī)院的人數(shù)為X,求X的分布列. 【
28、解】 由已知每位參加保險人員選擇A社區(qū)的概率為,4名人員選擇A社區(qū)即4次獨立重復(fù)試驗, 即X~B,所以P(X=k)=Ck4-k(k=0,1,2,3,4),所以X的分布列為 X 0 1 2 3 4 P 10.(2016柳州高二檢測)甲、乙兩隊在進行一場五局三勝制的排球比賽中,規(guī)定先贏三局的隊獲勝,并且比賽就此結(jié)束,現(xiàn)已知甲、乙兩隊每比賽一局,甲隊獲勝的概率為,乙隊獲勝的概率為,且每局比賽的勝負是相互獨立的. (1)求甲隊以3∶2獲勝的概率; (2)求乙隊獲勝的概率. 【解】 (1)設(shè)甲隊以3∶2獲勝的概率為P1,則P1=C22=. (2)設(shè)乙隊獲
29、勝的概率為P2,則P2=3+C2+C22=. [能力提升] 1.甲、乙兩人進行乒乓球比賽,比賽規(guī)則為“3局2勝”,即以先贏2局者為勝,根據(jù)經(jīng)驗,每局比賽中甲獲勝的概率為0.6,則本次比賽甲獲勝的概率是( ) A.0.216 B.0.36 C.0.432 D.0.648 【解析】 甲獲勝有兩種情況,一是甲以2∶0獲勝,此時p1=0.62=0.36;二是甲以2∶1獲勝,此時p2=C0.60.40.6=0.288,故甲獲勝的概率p=p1+p2=0.648. 【答案】 D 2.(2016孝感高級中學(xué)期中)擲一枚質(zhì)地均勻的骰子n次,設(shè)出現(xiàn)k次點數(shù)為1的概率為Pn(k),若n=20,則
30、當(dāng)Pn(k)取最大值時,k為( )
A.3 B.4 C.8 D.10
【解析】 擲一枚質(zhì)地均勻的骰子20次,其中出現(xiàn)點數(shù)為1的次數(shù)為X,X~B,Pn(k)=C20-kk.
=.
當(dāng)1≤k≤3時,>1,Pn(k)>Pn(k-1).當(dāng)k≥4時,<1,Pn(k) 31、故至少有一位同學(xué)通過的概率為1-(1-p)n.
【答案】 1-(1-p)n
4.“石頭、剪刀、布”是一種廣泛流傳于我國民間的古老游戲,其規(guī)則是:用三種不同的手勢分別表示石頭、剪刀、布;兩個玩家同時出示各自手勢1次記為1次游戲,“石頭”勝“剪刀”,“剪刀”勝“布”,“布”勝“石頭”;雙方出示的手勢相同時,不分勝負.現(xiàn)假設(shè)玩家甲、乙雙方在游戲時出示三種手勢是等可能的.
(1)求在1次游戲中玩家甲勝玩家乙的概率;
(2)若玩家甲、乙雙方共進行了3次游戲,其中玩家甲勝玩家乙的次數(shù)記作隨機變量X,求X的分布列.
【解】 (1)玩家甲、乙雙方在1次游戲中出示手勢的所有可能結(jié)果是(石頭,石頭),(石頭,剪刀),(石頭,布),(剪刀,石頭),(剪刀,剪刀),(剪刀,布),(布,石頭),(布,剪刀),(布,布),共有9個基本事件.玩家甲勝玩家乙的基本事件分別是(石頭,剪刀),(剪刀,布),(布,石頭),共有3個.
所以在1次游戲中玩家甲勝玩家乙的概率P=.
(2)X的可能取值分別為0,1,2,3,X~B,
則P(X=0)=C3=,
P(X=1)=C12=,
P(X=2)=C21=,
P(X=3)=C3=.
X的分布列如下:
X
0
1
2
3
P
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