高中数学第一讲不等式和绝对值不等式一第2课时基本不等式学案.docx

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高中数学第一讲不等式和绝对值不等式一第2课时基本不等式学案

第2课时 基本不等式

学习目标

 1.理解并掌握重要不等式(定理1)和基本不等式(定理2).2.能运用这两个不等式解决函数的最值或值域问题,能运用这两个不等式证明一些简单的不等式.3.能运用基本不等式(定理2)解决某些实际问题.

知识点 基本不等式

思考 回顾a2+b2≥2ab的证明过程,并说明等号成立的条件.

答案 a2+b2-2ab=(a-b)2≥0,即a2+b2≥2ab,

当且仅当a=b时,a2+b2=2ab.

梳理 

(1)重要不等式

定理1:

如果a,b∈R,那么a2+b2≥2ab,当且仅当a=b时,等号成立.

(2)基本不等式

①定理2:

如果a,b>0,那么≥,当且仅当a=b时,等号成立.

②定理2的应用:

对两个正实数x,y,

(ⅰ)如果它们的和S是定值,则当且仅当x=y时,它们的积P取得最大值;

(ⅱ)如果它们的积P是定值,则当且仅当x=y时,它们的和S取得最小值.

类型一 不等式的证明

例1 已知a,b,c∈R+,且a+b+c=1.

求证:

++≥9.

证明 方法一 ∵a,b,c为正实数,且a+b+c=1,

∴++=++

=3++++++

=3+++

≥3+2+2+2=9,当且仅当a=b=c时,等号成立.

∴++≥9.

方法二 ∵a,b,c∈R+,且a+b+c=1,

∴++=(a+b+c)

=1++++1++++1

=3+++

≥3+2+2+2=9,当且仅当a=b=c时,等号成立.

∴++≥9.

引申探究

1.若本例条件不变,求证:

++≥1.

证明 ∵a2+b2≥2ab,

∴≥2a-b.

同理,≥2b-c,≥2c-a.

∴++

≥(2a-b)+(2b-c)+(2c-a)=a+b+c=1,

∴++≥1.

2.若本例条件不变,求证:

++≥.

证明 ∵a2+b2≥2ab,∴2(a2+b2)≥(a+b)2.

又a,b,c∈R+,

∴≥|a+b|=(a+b).

同理,≥(b+c),≥(a+c).

三式相加,得

++≥(a+b+c)=,

当且仅当a=b=c时取等号.

反思与感悟 用基本不等式证明不等式时,应首先依据不等式两边式子的结构特点进行恒等变形,使之具备基本不等式的结构和条件,然后合理地选择基本不等式进行证明.

跟踪训练1 

(1)已知a,b,c,d∈R+,求证:

(ab+cd)·(ac+bd)≥4abcd;

(2)已知a>0,b>0且a+b=1,求证:

≥9.

证明 

(1)∵a,b,c,d,∈R+,

∴ab+cd≥2,ac+bd≥2,

∴(ab+cd)(ac+bd)≥4abcd.

当且仅当a=d且b=c时取等号.

(2)

=4+2+1≥5+2×2=9,当且仅当a=b=时取等号.

∴≥9.

类型二 利用基本不等式求最值

例2 

(1)设x>0,y>0且2x+y=1,求+的最小值;

(2)若x<0,求f(x)=+3x的最大值.

解 

(1)+=×1=(2x+y)=4++≥4+2=4+4=8,当且仅当=,即x=,y=时,等号成立,

∴+的最小值是8.

(2)∵x<0,∴-x>0,故f(x)=-≤-2=-12,当且仅当-=-3x,即x=-2时,等号成立,∴f(x)的最大值是-12.

反思与感悟 在应用基本不等式求最值时,分以下三步进行

(1)首先看式子能否出现和(或积)的定值,若不具备,需对式子变形,凑出需要的定值.

(2)其次,看所用的两项是否同正,若不满足,通过分类解决,同负时,可提取-1变为同正.

(3)利用已知条件对取等号的情况进行验证.若满足,则可取最值,若不满足,则可通过函数的单调性或导数解决.

跟踪训练2 若实数a,b满足+=,则ab的最小值为(  )

A.B.2C.2D.4

答案 C

解析 因为+=,所以a>0,b>0,

因为=+≥2=2,

所以ab≥2(当且仅当b=2a时取等号),所以ab的最小值为2.

类型三 利用基本不等式解决实际应用问题

例3 某国际化妆品生产企业为了占有更多的市场份额,拟在2019年大型展销会期间进行一系列促销活动,经过市场调查和测算,化妆品的年销量x(万件)与年促销费用t(万元)之间满足3-x与t+1成反比例的关系,如果不搞促销活动,化妆品的年销量只能是1万件,已知2019年生产化妆品的设备折旧、维修等固定费用为3万元,每生产1万件化妆品需要投入32万元的生产费用,若将每件化妆品的售价定为其生产成本的150%与平均每件促销费的一半之和,则当年生产的化妆品正好能销完.

(1)将2019年的利润y(万元)表示为促销费用t(万元)的函数;

(2)该企业2019年的促销费投入多少万元时,企业的年利润最大?

解 

(1)由题意可设3-x=(k≠0),

将t=0,x=1代入,得k=2.∴x=3-.

当年生产x万件时,

∵年生产成本=年生产费用+固定费用,

∴年生产成本为32x+3=32+3.

当销售x(万件)时,

年销售收入为150%+t.

由题意,生产x万件化妆品正好销售完,

由年利润=年销售收入—年生产成本—促销费用,

得年利润y=(t≥0).

(2)y==50-

≤50-2=50-2=42,

当且仅当=,

即当t=7时,等号成立,ymax=42,

∴当促销费用定在7万元时,年利润最大.

反思与感悟 利用不等式解决实际应用问题时,首先要仔细阅读题目,弄清要解决的实际问题,确定是求什么量的最值;其次,分析题目中给出的条件,建立y的函数表达式y=f(x)(x一般为题目中最后所要求的量);最后,利用不等式的有关知识解题.求解过程中要注意实际问题对变量x的范围制约.

跟踪训练3 围建一个面积为360m2的矩形场地,要求矩形场地的一面利用旧墙(利用旧墙需维修),其他三面围墙要新建,在旧墙的对面的新墙上要留一个宽度为2m的进出口,如图所示,已知旧墙的维修费用为45元/m,新墙的造价为180元/m,设利用的旧墙的长度为x(单位:

m),总费用为y(单位:

元).

(1)将y表示为x的函数;

(2)试确定x,使修建此矩形场地围墙的总费用最小,并求出最小总费用.

解 

(1)如题图所示,设矩形的另一边长为am.

则y=45x+180(x-2)+180×2a=225x+360a-360.

由已知xa=360,得a=,

∴y=225x+-360(x>2).

(2)∵x>2,

∴225x+≥2=2=10800.

∴y=225x+-360≥10440,

当且仅当225x=,即当x=24时等号成立,此时修建围墙的总费用最小,最小总费用是10440元.

1.下列不等式中,正确的个数是(  )

①若a,b∈R,则≥;

②若x∈R,则x2+2+>2;

③若x∈R,则x2+1+≥2;

④若a,b∈R+,则≥.

A.0B.1C.2D.3

答案 C

解析 显然①不正确;③正确;

对②,虽然x2+2=无解,但x2+2+>2成立,故②正确;④不正确,如a=1,b=4.

2.已知a>0,b>0,a,b的等差中项是,且α=a+,β=b+,则α+β的最小值是(  )

A.3B.4C.5D.6

答案 C

解析 ∵a+b=2×=1,a>0,b>0,

∴α+β=a++b+=1+≥1+=5,

当且仅当a=b=时取“=”号.

3.下列不等式的证明过程正确的是(  )

A.若a,b∈R,则+≥2=2

B.若x>0,则cosx+≥2=2

C.若x<0,则x+≤2=4

D.若a,b∈R,且ab<0,则+=-≤-2=-2

答案 D

解析 对于A,a,b必须同号;

对于B,cosx不一定大于0;对于C,由x<0,

得x+=-

≤-2=-4.

对于D,由ab<0,得<0,<0,

所以+=-≤-2=-2.

4.当x>1时,函数y=x+的最小值是________.

答案 3

解析 因为x>1,所以y=x+=(x-1)++1≥2+1=3,

当且仅当x-1=,

且x>1,即x=2时等号成立.故函数的最小值为3.

5.已知a>0,b>0,且a+b=1.求证:

a2+b2≥.

证明 ∵a2+b2≥2ab,

∴2(a2+b2)≥a2+b2+2ab=(a+b)2=1,

∴a2+b2≥,

当且仅当a=b=时,等号成立.

1.对于基本不等式的应用,如果能熟练掌握一些常见结论,可使应用更加灵活快捷.

(1)ab≤2≤.

(2)≤≤(a,b∈R+).

(3)+≥2(a,b同号).

(4)(a+b)≥4(a,b∈R+).

(5)a2+b2+c2≥ab+bc+ca.

2.利用基本不等式求最值,关键是对式子进行恰当的变形,合理构造“和式”与“积式”的互化,必要时可多次应用基本不等式.注意一定要求出使“=”成立的自变量的值,这也是进一步检验是否存在最值的重要依据.

一、选择题

1.设a>0,b>0,若是3a与3b的等比中项,则+的最小值为(  )

A.8B.4C.1D.

答案 B

解析 ∵是3a与3b的等比中项,

∴3a·3b=3a+b=3,∴a+b=1.

∴+=(a+b)=2++≥4.

当且仅当a=b=时,等号成立.

2.若log4(3a+4b)=log2,则a+b的最小值是(  )

A.6+2B.7+2

C.6+4D.7+4

答案 D

解析 由题意得所以

又log4(3a+4b)=log2,所以log4(3a+4b)=log4ab,

所以3a+4b=ab,故+=1.

所以a+b=(a+b)=7++≥7+2=7+4,当且仅当=时取等号.故选D.

3.已知a>0,b>0,则++2的最小值为(  )

A.2B.2C.4D.5

答案 C

解析 ∵a>0,b>0,

∴++2≥+2≥2=4,

当且仅当a=b时,等号成立.

4.对于x∈,不等式+≥16恒成立,则p的取值范围为(  )

A.(-∞,-9)B.(-9,9]

C.(-∞,9]D.[9,+∞)

答案 D

解析 要使+≥16恒成立,必有p>0.

又∵+=·(sin2x+cos2x)

=1+p++

≥1+p+2=(+1)2,当且仅当sin2x=cos2x时,等号成立.

∴(+1)2≥16,即+1≥4,

∴≥3,∴p≥9.

5.下列说法中,正确的个数是(  )

①函数y=x+的最小值是2;

②函数y=cosx+的最小值为6;

③若正数a,b满足2a+b=2,则ab的最大值为.

A.0B.1C.2D.3

答案 B

解析 当x>0时,y=x+≥2,当且仅当x=,即x=1时,等号成立,当x<0时,-y=(-x)+≥2,当且仅当-x=,即x=-1时,等号成立,所以y≤-2,所以①错误;由x∈,得cosx∈(0,1),所以y=cosx+>10,所以②错误;由2=2a+b≥2,得ab≤,当且仅当a=,b=1时,等号成立,所以③正确.

6.某公司租地建仓库,每月土地占用费y1与仓库到车站的距离成反比,而每月库存货物的运费y2与仓库到车站的距离成正比,如果在距离车站10千米处建仓库,这两项费用y1和y2分别为2万元和8万元,那么,要使这两项费用之和最小,仓库应建在离车站(  )

A.5千米处B.4千米处

C.3千米处D.2千米处

答案 A

解析 由已知y1=,y2=0.8x(x为仓库到车站的距离).

费用之和y=y1+y2=0.8x+≥2=8.

当且仅当0.8x=,即x=5时等号成立.

二、填空题

7.若a>0,b>0,a+b=1,则的最小值是________.

答案 9

解析 因为=·

=·

==1+.

由a>0,b>0,a+b=1,得ab≤2=,

所以≥4,所以≥9,

当a=b=时取等号.

8.已知x>0,y>0且满足x+y=6,则使不等式+≥m恒成立的实数m的取值范围为________.

答案 

解析 因为x>0,y>0,+=×

=≥×(10+6)=.

当且仅当=时等号成立,又x+y=6,x>0,y>0,

得x=,y=.

所以m的取值范围是.

9.已知x,y∈(0,+∞),2x-3=y,则+的最小值为________.

答案 3

解析 ∵2x-3=y,∴x-3=-y,即x+y=3.

故+=(x+y)·=++≥+2=+=3

.

10.若正数a,b满足ab=a+b+3,则ab的取值范围是________.

答案 [9,+∞)

解析 令=t(t>0),由ab=a+b+3≥2+3,得t2≥2t+3,所以t≥3或t≤-1(舍去),所以≥3,ab≥9,当a=b=3时取等号.

11.函数y=(x≥0)的最小值为________.

答案 7

解析 y==

=(x+2)++1≥2+1=7.

当且仅当x+2=,即x=1时取等号.

∴当x=1时,ymin=7.

三、解答题

12.

(1)已知正数a,b满足a+4b=4,求+的最小值;

(2)求函数y=的最大值.

解 

(1)因为a>0,b>0,且a+4b=4,

所以+=(a+4b)=≥=,

当且仅当a=,b=时取等号,

所以+的最小值为.

(2)令t=(t≥),

则f(t)==≤=,

当且仅当t=2,即x=±时,取等号.

故y=的最大值为.

13.如图,将一矩形花坛ABCD扩建成一个更大的矩形花坛AMPN,要求点B在AM上,点D在AN上,且对角线MN过点C,已知AB=3m,AD=2m.

(1)要使矩形AMPN的面积大于32m2,则AN的长应在什么范围内?

(2)当AN的长度是多少时,矩形AMPN的面积最小?

并求最小面积;

(3)若AN的长度不小于6m,则当AN的长度是多少时,矩形AMPN的面积最小?

并求出最小面积.

解 

(1)设AN=xm(x>2),则ND=(x-2)m.

∵=,∴=,∴AM=,

∴·x>32,∴3x2-32x+64>0,

∴(3x-8)(x-8)>0,∴2<x<或x>8.

∴AN的长的范围为∪(8,+∞).

(2)由

(1)知,S矩形AMPN==

=3(x-2)++12≥2+12=24.

当且仅当x=4时取等号.

∴当AN的长度为4m时,矩形AMPN的面积最小,矩形AMPN的最小面积为24m2.

(3)由

(2)得S矩形AMPN=3(x-2)++12(x≥6),

令x-2=t(t≥4),

则S矩形AMPN=3t++12(t≥4).

设f(t)=3t++12(t≥4),

则f′(t)=3-,当t≥4时,f′(t)>0,

∴函数f(t)在[4,+∞)上单调递增,

∴f(t)min=f(4)=27,此时x=6.

∴若AN的长度不小于6m,则当AN的长度是6m时,矩形AMPN的面积最小,最小面积为27m2.

四、探究与拓展

14.已知a,b,c∈R+,且a+b+c=1.

求证:

(1)++≤;

(2)++<6.

证明 

(1)∵≥,∴2≤a+b.

同理2≤a+c,2≤b+c,且当a=b=c时,等号同时成立.

∴(++)2=a+b+c+2+2+2

≤a+b+c+(a+b)+(a+c)+(b+c)=3(a+b+c)=3,

∴++≤,当a=b=c时等号成立.

(2)∵=≤,且由于3a+2≠1,

∴等号不成立,∴<.

同理<,<,

∴++<[3(a+b+c)+9]=6.

15.已知a,b,x,y∈R+,x,y为变量,a,b为常数,且a+b=10,+=1,x+y的最小值为18,求a,b.

解 因为x+y=(x+y)

=a+b++≥a+b+2=(+)2,

当且仅当=时取等号.

又(x+y)min=(+)2=18,

即a+b+2=18.①

又a+b=10,②

由①②可得或

精美句子

1、善思则能“从无字句处读书”。

读沙漠,读出了它坦荡豪放的胸怀;读太阳,读出了它普照万物的无私;读春雨,读出了它润物无声的柔情。

读大海,读出了它气势磅礴的豪情。

读石灰,读出了它粉身碎骨不变色的清白。

  2、幸福幸福是“临行密密缝,意恐迟迟归”的牵挂;幸福是“春种一粒粟,秋收千颗子”的收获. 幸福是“采菊东篱下,悠然见南山”的闲适;幸福是“奇闻共欣赏,疑义相与析”的愉悦。

幸福是“随风潜入夜,润物细无声”的奉献;幸福是“夜来风雨声,花落知多少”的恬淡。

幸福是“零落成泥碾作尘,只有香如故”的圣洁。

幸福是“壮志饥餐胡虏肉,笑谈渴饮匈奴血”的豪壮。

幸福是“先天下之忧而忧,后天下之乐而乐”的胸怀。

幸福是“人生自古谁无死,留取丹心照汗青”的气节。

3、大自然的语言丰富多彩:

从秋叶的飘零中,我们读出了季节的变换;从归雁的行列中,我读出了集体的力量;从冰雪的消融中,我们读出了春天的脚步;从穿石的滴水中,我们读出了坚持的可贵;从蜂蜜的浓香中,我们读出了勤劳的甜美。

 4、成功与失败种子,如果害怕埋没,那它永远不能发芽。

鲜花,如果害怕凋谢,那它永远不能开放。

矿石,如果害怕焚烧(熔炉),那它永远不能成钢(炼成金子)。

蜡烛,如果害怕熄灭(燃烧),那它永远不能发光。

航船,如果害怕风浪,那它永远不能到达彼岸。

5、墙角的花,当你孤芳自赏时,天地便小了。

 井底的蛙,当你自我欢唱时,视野便窄了。

笼中的鸟,当你安于供养时,自由便没了。

山中的石!

当你背靠群峰时,意志就坚了。

水中的萍!

当你随波逐流后,根基就没了。

空中的鸟!

当你展翅蓝天中,宇宙就大了。

空中的雁!

当你离开队伍时,危险就大了。

地下的煤!

你燃烧自己后,贡献就大了

6、朋友是什么?

朋友是快乐日子里的一把吉它,尽情地为你弹奏生活的愉悦;朋友是忧伤日子里的一股春风,轻轻地为你拂去心中的愁云。

朋友是成功道路上的一位良师,热情的将你引向阳光的地带;朋友是失败苦闷中的一盏明灯,默默地为你驱赶心灵的阴霾。

7、一粒种子,可以无声无息地在泥土里腐烂掉,也可以长成参天的大树。

一块铀块,可以平庸无奇地在石头里沉睡下去,也可以产生惊天动地的力量。

一个人,可以碌碌无为地在世上厮混日子,也可以让生命发出耀眼的光芒。

 8、青春是一首歌,她拨动着我们年轻的心弦;青春是一团火,她点燃了我们沸腾的热血; 青春是一面旗帜,她召唤着我们勇敢前行;青春是一本教科书,她启迪着我们的智慧和心灵。

 

精美句子

1、善思则能“从无字句处读书”。

读沙漠,读出了它坦荡豪放的胸怀;读太阳,读出了它普照万物的无私;读春雨,读出了它润物无声的柔情。

读大海,读出了它气势磅礴的豪情。

读石灰,读出了它粉身碎骨不变色的清白。

  2、幸福幸福是“临行密密缝,意恐迟迟归”的牵挂;幸福是“春种一粒粟,秋收千颗子”的收获. 幸福是“采菊东篱下,悠然见南山”的闲适;幸福是“奇闻共欣赏,疑义相与析”的愉悦。

幸福是“随风潜入夜,润物细无声”的奉献;幸福是“夜来风雨声,花落知多少”的恬淡。

幸福是“零落成泥碾作尘,只有香如故”的圣洁。

幸福是“壮志饥餐胡虏肉,笑谈渴饮匈奴血”的豪壮。

幸福是“先天下之忧而忧,后天下之乐而乐”的胸怀。

幸福是“人生自古谁无死,留取丹心照汗青”的气节。

3、大自然的语言丰富多彩:

从秋叶的飘零中,我们读出了季节的变换;从归雁的行列中,我读出了集体的力量;从冰雪的消融中,我们读出了春天的脚步;从穿石的滴水中,我们读出了坚持的可贵;从蜂蜜的浓香中,我们读出了勤劳的甜美。

 4、成功与失败种子,如果害怕埋没,那它永远不能发芽。

鲜花,如果害怕凋谢,那它永远不能开放。

矿石,如果害怕焚烧(熔炉),那它永远不能成钢(炼成金子)。

蜡烛,如果害怕熄灭(燃烧),那它永远不能发光。

航船,如果害怕风浪,那它永远不能到达彼岸。

5、墙角的花,当你孤芳自赏时,天地便小了。

 井底的蛙,当你自我欢唱时,视野便窄了。

笼中的鸟,当你安于供养时,自由便没了。

山中的石!

当你背靠群峰时,意志就坚了。

水中的萍!

当你随波逐流后,根基就没了。

空中的鸟!

当你展翅蓝天中,宇宙就大了。

空中的雁!

当你离开队伍时,危险就大了。

地下的煤!

你燃烧自己后,贡献就大了

6、朋友是什么?

朋友是快乐日子里的一把吉它,尽情地为你弹奏生活的愉悦;朋友是忧伤日子里的一股春风,轻轻地为你拂去心中的愁云。

朋友是成功道路上的一位良师,热情的将你引向阳光的地带;朋友是失败苦闷中的一盏明灯,默默地为你驱赶心灵的阴霾。

7、一粒种子,可以无声无息地在泥土里腐烂掉,也可以长成参天的大树。

一块铀块,可以平庸无奇地在石头里沉睡下去,也可以产生惊天动地的力量。

一个人,可以碌碌无为地在世上厮混日子,也可以让生命发出耀眼的光芒。

 8、青春是一首歌,她拨动着我们年轻的心弦;青春是一团火,她点燃了我们沸腾的热血; 青春是一面旗帜,她召唤着我们勇敢前行;青春是一本教科书,她启迪着我们的智慧和心灵。

 

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读大海,读出了它气势磅礴的豪情。

读石灰,读出了它粉身碎骨不变色的清白。

  2、幸福幸福是“临行密密缝,意恐迟迟归”的牵挂;幸福是“春种一粒粟,秋收千颗子”的收获. 幸福是“采菊东篱下,悠然见南山”的闲适;幸福是“奇闻共欣赏,疑义相与析”的愉悦。

幸福是“随风潜入夜,润物细无声”的奉献;幸福是“夜来风雨声,花落知多少”的恬淡。

幸福是“零落成泥碾作尘,只有香如故”的圣洁。

幸福是“壮志饥餐胡虏肉,笑谈渴饮匈奴血”的豪壮。

幸福是“先天下之忧而忧,后天下之乐而乐”的胸怀。

幸福是“人生自古谁无死,留取丹心照汗青”的气节。

3、大自然的语言丰富多彩:

从秋叶的飘零中,我们读出了季节的变换;从归雁的行列中,我读出了集体的力量;从冰雪的消融中,我们读出了春天的脚步;从穿石的滴水中,我们读出了坚持的可贵;从蜂蜜的浓香中,我们读出了勤劳的甜美。

 4、成功与失败种子,如果害怕埋没,那它永远不能发芽。

鲜花,如果害怕凋谢,那它永远不能开放。

矿石,如果害怕焚烧(熔炉),那它永远不能成钢(炼成金子)。

蜡烛,如果害怕熄灭(燃烧),那它永远不能发光。

航船,如果害怕风浪,那它永远不能到达彼岸。

5、墙角的花,当你孤芳自赏时,天地便小了。

 井底的蛙,当你自我欢唱时,视野便窄了。

笼中的鸟,当你安于供养时,自由便没了。

山中的石!

当你背靠群峰时,意志就坚了。

水中的萍!

当你随波逐流后,根基就没了。

空中的鸟!

当你展翅蓝天中,宇宙就大了。

空中的雁!

当你离开队伍时,危险就大了。

地下的煤!

你燃烧自己后,贡献就大了

6、朋友是什么?

朋友是快乐日子里的一把吉它,尽情地为你弹奏生活的愉悦;朋友是忧伤日子里的一股春风,轻轻地为你拂去心中的愁云。

朋友是成功道路上的一位良师,热情的将你引向阳光的地带;朋友是失败苦闷中的一盏明灯,默默地为你驱赶心灵的阴霾。

7、一粒种子,可以无声无息地在泥土里腐烂掉,也可以长成参天的大树。

一块铀块,可以平庸无奇地在石头里沉睡下去,也可以产生惊天动地的力量。

一个人,可以碌碌无为地在世上厮混日子,也可以让生命发出耀眼的光芒。

 8、青春是一首歌,她拨动着我们年轻的心弦;青春是一团火,她点燃了我们沸腾的热血; 青春是一面旗帜,她召唤着我们勇敢前行;青春是一本教科书,她启迪着我们的智慧和心灵。

 

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