Gothedistance
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第二章数列
第二讲解题方法:求数列通项公式与数列求和
(一)求数列的通项公式
1、观察法
一些数列给出前n项便可归纳出通项公式,有的数列观察前几项便可分析出
是等差数列或等比数列,由等差、等比数列的通项公式,直接写出通项公式。
【基础例题】写出下列各数列的一个通项公式:
①2,-6,18,-54,162,-486,…;
②1111111111
223344556?????,,,,,…
;
③15,25,35,45,55,…。
解答与提示:
①这可以分析依等比数列(公比为(-3))的通项公式得到:??132???nna
②观察规律:
…………615151414131312121154321???????nan
归纳得出:
111???nnan
③仔细观察,数列各项间有:21324310aaaaaa???????…——是等差数列:??51010115?????nnan。
2、利用前n项和Sn法
已知数列??na的前n项和nS,求通项公式na,我们一般利用na与nS的关系:11Sa?,??21????nSSannn
【基础例题】已知数列??na的前n项的和13???nnSn求它的通项公式。
解:111111?????Sa,????????23311112331??????????????nnnnnnSSannn
此时a1=2≠S1,∴an=
???????2233112nnnn
为所求数列的通项公式。
3、公式法
(1)形如daann???1(d为常数)且已知1a——等差数列
∵daann???1,d为常数,由等差数列的通项公式得??dnaan11???。
【基础例题】已知数列??na中??Nnaaann?????3,211,求??na的通项公式。
解:∵31???nnaa,
∴31???nnaa,则??na是以21?a为首项,3为公差的等差数列。
∴??13312?????nnan为所求的通项公式。
(2)形如1nnaqa??·(q为常数且0?q)且1a已知——等比数列
∵
1n
n
aqa??,∴??na是以a1为首项,q为公比的等比数列。∴11??nnqaa·。
4、构造阶差数列求通项——形如an+1=an+f(n)
该形式中,只要f(1)+f(2)+f(3)…+f(n-1)可以求出,就可以由an+1=an+f(n)以n=1,
【变式练习】
(1)已知数列??na的前n项的和Sn=3n2-2n,求它的通项公式。
(2)已知数列??na的前n项的和Sn=
nn412?
,求它的通项公式。
【基础知识总结】
【方法与技巧总结】
【基础知识总结】
等差数列的通项公式;
等比数列的通项公式;
【方法与技巧总结】
【基础知识总结】
【方法与技巧总结】
注意项数与项之间
的关系,以及符号变
化。
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2,3,…,n-1代入递推公式得到n-1个等式,然后累加求得an+1-a1=??
1
n
kfk??
,从而an=??1
1
n
kfk
?
??
+a1。
【基础例题】已知an+1=an+n2+2n-1,a1=1,试求数列{an}的通项公式。
解:由an+1=an+n2+2n-1得,an+1-an=n2+2n-1
设bn=an+1-an=n2+2n-1,则数列{bn}的通项公式为bn=n2+2n-1,
设{bn}的前n项和为Tn,则
Tn=[12+22+32+…+(n-1)2+n2]
+[(2×1-1)+(2×2-1)+(2×3-1)+…+[2(n-1)-1]+(2n-1)]
=????121
61??nnn
+2n=??192
612??nnn
∵bn=an+1-an=n2+2n-1
∴Tn=(an+1-an)+(an-an-1)+…+(a3-a2)+(a2-a1)=??192
612??nnn
∴an+1-a1=Tn=??192
612??nnn
,∴an+1=??192
612??nnn
+a1
∴an=????6521
612???nnn
+1.
补充说明:令bn=an+1-an=n2+2n-1,则数列{bn}是一个阶差数列,Tn是{bn}的前n项和。
☆☆5、利用待定系数构造等比数列☆☆
解数列的综合题的主要方法是求数列的通项公式,当递推模式在题中已知时,只需求出相关的待定系
数便可,常常使用待定系数法。
利用待定系数法可以求解形如an+1=Aan+Btn+Cn+D(其中A、B、C、D为已知的常数且A≠0,nN?)
的递推数列{}na的通项公式的求法。具体解法是将递推关系转化变形为“等比”数列求解。
(1)形如dcaann???1(10cd??,c也为常数),1a已知。
第一步,设??1nnaxcax????,对比系数解得
1dxc??
,从而原式转化为
111nnddacacc????????????
;
第二步,设辅助数列
1???cdabnn
,1nnbcb??则,??
111ndbbac???则是以
为首项,c为公比的等比数列。
∴11nnbbc??;
第三步,得到数列{an}通项公式:
1nndabc???
=1
11ndacc?????????
。
【基础例题】已知??na中31??a且121???nnaa求此数列的通项公式。
解:两边同加??1211
1211??????nnaa则
设1??nnab∵即12nnbb??,∴??nb是以2111????ab为首项,2为公比的等比数列
????1122122121nnnnnnbab????????????∴∴为所求的通项公式.
(2)形如an+1=Aan+Cn()nN?(A≠1,AC≠0)的数列。
【变式练习】
①已知数列??na中,a1=5,??Nnaann????231,求??na的通项公式。
②已知数列??na中,a1=1,??Nnaa
nn????2431
,求??na的通项公式。
【变式练习】
(1)已知an+1=an-2n-3n+2,a1=1,试求数列{an}的通项公式。
(2)已知Sn+1-2Sn+Sn-1=2n2+3n-4,a1=1,试求数列{an}的通项公式。
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第一步,设1(1)()nnaxnyAaxny???????,对比系数得到
??2
1
1
Cx
A
Cy
A
???
???
????
?
,从而原式可以转化为:
122(1)()11(1)(1)nnCCCCanAanAAAA???????????
;
第二步,设辅助数列
21(1)nCCanAA??????????
,并求辅助数列;
第三步,得到数列{an}通项公式。
【基础例题】已知数列{}na满足:114,516nnaaan?????(nN?),求数列{}na的通项公式奎屯王新敞新疆
分析:设1(1)5()nnaxnyaxny???????,展开得1544nnaaxnyx?????,∴416,40yx???,∴
4,1xy??,∴14(1)15(41)anan???????。
解:∵114,516nnaaan?????,∴14(1)15(41)nnanan???????,
∴数列{41}nan??是以14114411a????????为首项,q=5为公比的等比数列
∴1141155nnnan???????
∴1541nn????.
(3)形如an+1=Aan+Btn()nN?(A≠1,A≠t,AB≠0,t≠1)的数列。
第一步,设11()nnnnaxtAaxt?????,对比系数得到Bx
At??
,原式化为:1
1()nnnnBBatAatAtAt?????????
;
第二步,设辅助数列n
nBatAt?????????
,并求辅助数列的通项公式;
第三步,得到数列{an}通项公式。
【基础例题】已知数列{}na满足:11116,432nnnaaa??????()nN?,求数列{}na的通项公式。
分析:设1124(2)nnnnaxax???????,展开得142nnnaax????奎屯王新敞新疆由待定系数法知x=3,∴
11324(32)nnaa???????。
解:∵11116,432nnnaaa??????,∴11324(32)nnnnaa???????,
∴数列{32}nna??是以113216610a?????为首项,以q=4为公比的等差数列
∴1213210452nnnna????????
∴215232nnna?????。
【注意】特别地,当A=t时,递推关系1nnnataBt???(0,0,1)tBt???,()nN?可以变形为:
11(1)()nnnnaBntAaBnt????????,如:
【基础例题】已知数列{}na满足:21180,535nnnaaa??????()nN?,求数列{}na的通项公式。
分析:设11(1)55(5)nnnnaxnaxn????????,展开得2
1555nnnxaa?????
,由待定系数法知x=15。∴
1115(1)55(155)nnnnanan????????。
解:∵21180,535nnnaaa??????,∴1115(1)55(155)nnnnanan????????,
∴数列{155}nnan??是等比数列,其首项为11151580755a??????、公比为q=5,
∴1155555nnnnan??????
∴1555(151)5nnnnann??????。
【变式练习】
①已知数列??na中,a1=1,1132????nnnaa,求??na的通项公式。
②已知数列??na中,a1=1,nnnaa????3123,求??na的通项公式。
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注意:该类型也可以两边同时除以qn+1,转化为1
1nnaaABtttt?????
,引入辅助数列{bn}(其中bn=n
nat
),
显然数列{bn}为dcaann???1形式。
(4)递推关系形如an+1=Aan+Btn+Cn+D()nN?(ABCD≠0)的数列。
第一步,设11(1)()nnnnaxtynzAaxtynz??????????,对比系数可以得到,,xyz的值,对原式进行转化。
第二步,设辅助数列,并求辅助数列的通项公式;
第三步,得到数列{an}通项公式。
【基础例题】已知数列{}na满足:111,28375nnnaaan?????????()nN?,求数列{}na的通项公式。
分析:本题的条件是前面几个问题的混合,也比较复杂,很难直接变形为新的等比数列的形式。可根
据前面的类型的结论使用待定系数法。
解:设变形后的形式为11(1)52(5)nnnnaxynzaxynz?????????????,
展开整理得123375nnnaaxyynz????????。
由待定系数法知38,33,77xyyz????????。所以有3,1,1xyz????。
再将3,1,1xyz????代入上面已设的形式,就可以得到最终的变式:
113(1)52(35)nnnnanan???????????。
就可以转化为一个新的等比数列{35}nnan???,其首项为113152a????、公比为q=-2,
∴1352(2)(2)nnnnan??????????,∴35(2)nnnan????。
(5)形如an+2=pan+1+qan连续三项的递推关系——构造等比数列转化为an+1=pan+qn
第一步,设211()nnnnaxayaxa??????,所以xyp
xyq???????
(相当于解方程20zpxq???),对原式进行转化。
第二步,设辅助数列??1nnaxa??,并求辅助数列的通项公式;
第三步,根据辅助数列的通项公式进一步求数列{an}通项公式。
【基础例题】已知数列}{na的前n项和1?nS=4na+2(n∈N+),a1=1。(1)设nb=1?na-2na,求证:数
列}{nb为等比数列;(2)设Cn=2n
na
,求证:}{nC是等差数列;(3)求数列}{na的通项公式。
证明:(1)1?nS=4na+2,2?nS=41?na+2,相减得2?na=41?na-4na,
),2(22112nnnnaaaa???????,21nnnaab???又.21nnbb???
,1,2411212?????aaaaS又,32,51212?????aaba
∴}{nb是以3为首项,2为公比的等比数列,∴nb=3×21n?
(2)∵,2n
nnaC?11122nnnnaaCC???????1122nnnaa????12nnb??
1
132342
n
n
?
????
;1
1122aC??
∴}{nC是以
21
为首项,
43
为公差的等差数列.
(3)由(2)知得??
41321???nCn
=
413?n
,即
nna2
=
413?n
,∴an=2n·
413?n
。
说明:一个表达式中既含有na又含有nS,一般要利用na=nS-1?nS(n≥2),消去nS或na.
5、归纳、猜想、证明。
有的数列很难用以上各法,求出通项公式时,常先由递推公式算出前几项,发现规律、归纳、猜想出
通项公式再加以证明。
【变式练习】
(1)已知数列??na中,a1=1,a2=4,an+2=3an+1-2an,求??na的通项公式。
(2)已知数列??na中,a1=1,1?nS=
43na
-2(n∈N+),求??na的通项公式。
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【基础例题】已知数列??na中??
1111nnnaaanNa?????且
,求数列??na的通项公式。
解:由
11???nnnaaa
算出前几项分别为:
413121432???aaa,,
…,从而猜想:
nan1?
。
最后由数学归纳法进行证明——
①111??an时等式成立
②假设nk?时等式成立,即
kak1?
,则当1??kn时,
1
1
11
1
11???????kkka
aa
k
kk
,即1??kn时等式也成立。
综合①②对任意nN?都有
nan1?
成立。
解法二:用设辅助数列方法来求an,具体解法如下——
11nnnaaa???∵
1111
1??
??
?nn
n
naa
aa∴
????111111,11,11nnnnnnbbbbbbnnaa??????????设则∴是以为首项,为公差的等差数列则
nbann11??∴
此处,辅助数列解法比前面用猜测证明的解法简便。
(二)数列求和的方法:
1.等差数列的前n项和公式:
(1)首项(或末项)公差求和法:Sn=dnnna
2)1(1??
,Sn=dnnna
n2)1(??
(2)平均值求和法(或称为首项末项法,等差中项法):Sn=
2)(1naan?
(3)当d≠0时,Sn是关于n的二次式且常数项为0;
当d=0时(a1≠0),Sn=na1是关于n的正比例式.
2.等比数列的前n项和公式:
当q=1时,Sn=na1(是关于n的正比例式);
当q≠1时,运用错位相减求和法得到,Sn=
qqan??1)1(1
或Sn=
qqaan??11
【基础例题】(分类讨论)求和:
122221()nnnnnnnaababababbnN????????????
解:①当a=0或b=0时,nnSb?(或nnSa?)
②当a=b时,nnanS)1(??;
③当a?b时,
babaSnnn?????11
(注意:作为等比数列共有n+1项,公比为q=b
a
)
3.拆项求和
【变式练习】
(1)已知数列??na中a1=
21
,??
121nnnaanNa????
,求数列??na的通项公式。
(2)已知数列??na中a1=2,??
11nnnSSnNS????
,求数列??na的通项公式。
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如an=2n+3n
【基础例题】(分部求和法)已知等差数列??na的首项为1,前10项的和为145,求.
242naaa????
解:首先由3145
291010110???????ddaS
,则12(1)32322
nnnaandna?????????
22423(222)2nnaaan?????????12(12)3232612nnnn?????????
【基础例题】(分部求和法)求数列1,3+
31
,32+
231
,…,3n+
n31
的各项的和.
解:其和为(1+3+…+3n)+(
23131?
+…+
n31
)=
2312131nn?????
=
21
(3n+1-3-n)
注意:1+3+…+3n共有n+1项,而
23131?
+…+
n31
共有n项。
4.错位相减求和
如an=(2n-1)2n——非常数的等差数列与等比数列的积的形式。
【基础例题】(错位相减法)设a为常数,求数列a,2a2,3a3,…,nan,…的前n项和.
解:①若a=0时,Sn=0
②若a=1,则Sn=1+2+3+…+n=1(1)2nn?
③若a≠1,a≠0时,Sn-aSn=(a+a2+…+an)-nan+1,
Sn=
12[1(1)](1)nnananaa?????
【基础例题】(错位相减法)已知1,0??aa,数列??na是首项为a,公比也为a的等比数列,令
lg()nnnbaanN???,求数列??nb的前n项和nS.
解:,lgnnnnaabnaa???
23
2341
(23)lg(23)lgnn
nn
SaaanaaaSaaanaa
?
???????????……①……②
①-②得:anaaaaSannnlg)()1(12????????,??
nnananaaaS)1(1)1(lg2??????
。
【说明】数列??na为等比数列,数列??nb是等差数列,则数列??nnba的前n项和nS求解,均可用错位相减
法求解。
5.裂项求和
如an=??
11?nn
=11
1nn??
——分子为非零常数,分母为非常数列的等差数列的两项积的形式。
【基础例题】(裂项求和))(,
32114321132112111Nnn??????????????????
解:
)1(2211???????kkkak?
,
])1(1321211[2?????????nnSn1211121113121211[2??????????????????????????????????????nnnnn。
【基础练习】求Sn=????111
12323412nnn?????????
法一,可以分成两步分拆,
??????????1111111111112122122212nnnnnnnnnnnnnn????????????????????????????????????
令n=1,2,3,……,n,然后n个式子相加即可.(略)
法二,可以直接分拆为1111
(1)(2)2(1)(1)(2)nnnnnnn?????????????
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然后令n=1,2,3,……,n,所得n个式子相加即可.(略)
【基础例题】(裂项求和)已知数列??na为等差数列,且公差不为0,首项也不为0,求和:?
??
n
iiiaa11
1。
解:首先考虑
11
1n
iiiaa???
=
11
111n
iiidaa??
????????,则
11
1n
iiiaa???
=
1111
111()
nn
ndaaaa
????
.
【说明】已知数列??na为等差数列,且公差不为0,首项也不为0,如
11
1n
iiiaa????
也可用裂项求和法
得到
111
111
1nniii
iiii
aaaaddaa??
???
???????。
【拓展提高】(涉及三角函数的裂项求和)化简Sn=??111
cos0cos1cos1cos2coscos1nn????
解:∵????????????sin1sin1coscos1sinsin1
coscos1coscos1coscos1nnnnnnnnnnnn??????????
=tg(n+1)-tgn
∴原式=??tan1
sin1n?
【拓展提高】(抽象函数中的裂项求和)已知函数f(x)满足f(x)+f(y)=
1xyfxy????????
,且x>0时,f(x)<0.
求证:
21111511231ffffnn??????????????????????????????
.
解:令x=y=0得,f(0)=0
令y=-x,得f(x)+f(-x)=f(0)=0
所以f(x)是奇函数
注意到
????
????
????
2
111
121112
1111213111
1212
nnnn
nnnn
nnnn
?????
????????
??????
即
2
1111111
1211121231
112
nnffffffnnnnnn
nn
???????????????
????????????????????????
???????????????
令n=1,2,3,……,n,再依次相加得
2111115112231fffffnnn??????????????????????????????????????
∵110,
22fnn??????????
<0,∴
211111151122231ffffffnnn?????????????????????????????????????????????
6.倒序相加求和
如an=nnC100
【基础例题】设数列??na是公差为d,且首项为da?0的等差数列,求和:nnnnnnCaCaCaS??????11001
解:因为nnnnnnCaCaCaS??????11001,00111nnnnnnnnCaCaCaS????????0110nnnnnnaCaCaC?????
01101102()()()nnnnnnnnSaaCaaCaaC??????????0100()()()2nnnnnnnaaCCCaa???????
110()2nnnSaa??????
【说明】此类问题还可变换为探索题形:已知数列??na的前n项和nS12)1(???nn,是否存在等差数列
??nb使得nnnnnnCbCbCba?????2211对一切自然数n都成立.
【基础例题】(组合化归法)求和:)12)(1(532321??????????nnnSn?.
解:)1(3)2)(1(2)342)(1(?????????nnnnnnnnan?
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而连续自然数可表示为组合数的形式,于是,数列的求和便转化为组合数的求和问题了。
3221(1)(2)6,(1)2nnnnnCnnC???????,3221126nnnaCC?????
)(6)(12212322323433???????????nnnCCCCCCS??3243212333323444612)(6)(12??????????????nnnnCCCCCCCC??
12(3)(2)(1)6(2)(1)4!3!nnnnnnnnS????????=????21212??nnn
【说明】可转化为连续自然数乘积的数列求和问题,均可考虑组合化归法
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当然本题也可以将通项
(1)(243)nannn????展开为n的多项式,再用分部求和法.
7.递推求和
【基础例题】(递推法)已知数列??na的前n项和nS与na满足:
21,,?nnnSSa(2)n?
成等比数列,且11?a,
求数列??na的前n项和nS.
解:由题意:21(),
2nnnSaS??
1nnnaSS???,∴211111()()()22nnnnnnnnSSSSSSSS?????????
∴??121211211
11?????????nnSSSSnnn
,∴
121??nSn
。
【说明】本题的常规方法是先求通项公式,然后求和,但逆向思维,直接求出数列??na的前n项和nS的
递推公式,是一种最佳解法.
【拓展提高】
【基础例题】数列??na中,2,841??aa且满足nnnaaa????122(Nn?)。
⑴求数列??na的通项公式;
⑵设||||||21nnaaaS?????,求nS;
⑶设nb=??1
12nna?)(),(21NnbbbTNnnn???????
,是否存在最大的整数m,使得对任意Nn?,均
有?nT
32m
成立?若存在,求出m的值;若不存在,请说明理由。
解:(1)由题意,nnnnaaaa??????112,}{na?为等差数列,设公差为d,
由题意得2382?????dd,nnan210)1(28??????.
(2)若50210???nn则,5,n?时
12||||||nnSaaa????21281029,2nnaaannn??????????
6n?时,12567Saaaaaa????????2555()2940nnSSSSSnn?????????(其中,nS?为数列??na
得前n项和)
故2
29940nnnSnn???????
65??nn
(3)11111
(12)2(1)21nnbnannnn?????????????
?nT1111111111122233411nnnn?????????????????????????????????????
????????????.)1(2??nn
若
32mTn?
对任意Nn?成立,即
161mnn??
对任意Nn?成立,
)(1Nnnn???的最小值是21,,2116??mm?的最大整数值是7,即存在最大整数,7?m使对任意Nn?,
均有
32mTn?
.
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说明:本例复习数列通项,数列求和以及有关数列与不等式的综合问题,函数f(n)=1
111nnn???
在
(0,+∞)上单调增。
【基础例题】已知函数
13)(??xxxf
,数列{an}满足a1=1,an+1=f(an)(n∈N)。
(Ⅰ)求数列{an}的通项公式;
(Ⅱ)记Sn=a1a2+a2a3+…+anan+1,求Sn并求
nnS??lim
.
解:(Ⅰ)由
131???nnnaaa
取倒数并化简,得
1
113
???nnaa
,
即
1
113
nnaa???
,数列1
na
??????是以11
1?a
为首项3为公差的等差数列.
∴233)1(11??????nn
an
,∴
231??nan
.
(Ⅱ)设bn=anan+1,则????1111
323133231nbnnnn?????????????
,
∴
12111111111314477103231nnSbbbnn???????????????
∴
13)1311(31?????nnnSn
,∴
3113limlim???????nnSnnn
.
小结:
1.等价转换思想是解决数列问题的基本思想方法,复杂的数列转化为等差、等比数列.
2.由特殊到一般及由一般到特殊的思想是解决数列问题的重要思想,数学归纳法是这一思想的理论
基础。
3.错位相减”、“裂项相消”是数列求和最重要的方法.
(三)求数列{an}的最大项、最小项的方法
方法一,作差法:an+1-an=……
??
???
??
?
00
0:如an=-2n2+29n-3。
方法二,作商法:
??
???
??
??
?
11
1
1?
n
naa
(an>0):如an=
n
nn10)1(9?
方法三,函数法(利用单调性):对于an=f(n),研究函数f(n)的单调性,如an=
1562?nn
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壹號学堂家庭作业
学生姓名:_________
1、两种贷款偿还比较
(1)等额还本付息
贷款总额为a元,年利率为r,每满一年还款一次,等额n次还清,试求每一次等额还款数b元。
分析:逐月还本付息法
解:由题意,第n年还款b元是该年所还本金an以及在该次还款之前an在n年中所产生的复利,即an
(1+r)n=b,所以an=??
nrb?1
,
∴a1+a2+a3+…+an=a,即????????
nnrbrbrbrbrb???????????11111132?
=a,
∴a=
r
rr
bn
??
???
?
???
??
?
??
?
?
???
1
11
1
11
1=????
??nnrrrb???111。∴b=????111???nnrrar。
(2)等本金还本付息
贷款总额为a元,年利率为r,每满一年还款一次,等本金n次还清,试求n次总计还款数p元。
2、一个黑色生两个白球,一个白球生一个黑球一个白球!在第一列有一个黑球,那么第二列就有两个
白球,第三列有两个黑球、两个白球,第四列…请问第n列有几个黑球?
解:显然,第n列黑球白球的总个数为2n个。
设第n列白球为nw个,黑球为nb个,则112nnnwbw????,1nnbw??,b1=1,w1=0,b2=0,w2=2
所以122nnnwww????,→??1122nnnnwwww??????(n≥3)
所以数列{1nnww??}是首项为2,公比为2的等比数列,所以112nnnww????①,显然n=2时也成立
将①的左右同时除以12n?,得112
11222112222nnnnnnnnwwww?????????????11211222222nnnnnnnnwwww???????????????????????
112112122222nnnnnnnnwwww?????????????????
,易得211222ww??
11121
1211112222222
nnnnwwww???
???????????????????????????
22121
1211112222222
nnnnwwww???
???????????????????????????
1
32
32
21
21
11
2222
1
222
ww
ww
???????
??
??
??
??
????
1221
11111
11111
1
11
1
1
1
111111112
1
122222232222232
1
2
112222
211
3333332
2
n
nnn
nnn
nnnn
nnn
nnn
nnn
n
n
www
ww
b
??
???
???
?
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?????????????
?????????????????????????????
?????????????
????
??
???
??????????????
?????
????
1
1122
1
33
n
n
nw
?
??
?????
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