湘教版(2019)高中数学必修第一册 1.1.2 子集和补集(课件(40张)+学案)

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湘教版(2019)高中数学必修第一册 1.1.2 子集和补集(课件(40张)+学案)

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1.1.2 子集和补集
1.理解集合之间包含与相等的含义,能识别给定集合的子集、理解韦恩图的概念.
2.理解全集与补集的概念,会求给定集合的补集.
课标要求
素养要求
通过理解集合之间的关系及全集与补集的概念,体会数学抽象及数学运算素养.
课前预习
课堂互动
分层训练
内容索引
课前预习
知识探究
1
1.子集的有关概念
(1)子集
如果集合A的每个元素都是集合B的元素,就说A__________,或者说B包含A,记作________ (或________).
若A包含于B,则称A是B的一个______.
规定:______包含于任一集合,是任一集合的子集.
如果A B并且B A,就说两个集合______.记作________.
如果A B但A≠B,就说A是B的________,记作________.
包含于B
A B
B A
子集
空集
相等
A=B
真子集
A?B
(2)韦恩图
表示集合间关系的示意图叫做韦恩图(或Venn图).
(3)传递性
包含关系有传递性:若A B,B C,则________;
若A?B,B C,则________.
A C
A?C
2.全集与补集
如果在某个特定的场合,要讨论的对象就是集合U的元素和子集,就可以约定把集合U叫做全集(或基本集),若A是全集U的子集,U中不属于A的元素组成的子集叫做A的补集,记作 UA,即 UA=__________________________.
{x|x∈U,且x A}
一般地,不论A是否是B的子集,都可用B\A表示B中不属于A的元素组成的______.
3.补集的性质
子集
1.思考辨析,判断正误
(1)1 {1,2,3}.( )
提示 “ ”表示集合与集合之间的关系,而不是元素和集合之间的关系.
(2)根据研究问题的不同,可以指定不同的全集.( )
(3)存在x0∈U,x0 A,且x0 UA.( )
提示 要么x0∈A,要么x0∈ UA,且有且只有一个成立.
×

×
2.已知集合A={-2,3,6m-6},若{6} A,则m=________.
解析 ∵{6} A,∴6m-6=6,∴m=2.
2
3.若全集U=R,集合A={x|x≥1},则 UA=________.
解析 由补集的定义,结合数轴可得 UA={x|x<1}.
{x|x<1}
?,{a},{b},{c},{a,b},{a,c},{b,c},{a,b,c}
4.集合{a,b,c}的所有子集为____________________________________________,其中它的真子集有________个.
解析 集合{a,b,c}的子集有:?,{a},{b},{c},{a,b},{a,c},{b,c},{a,b,c},其中除{a,b,c}外,都是{a,b,c}的真子集,共7个.
7
课堂互动
题型剖析
2
题型一 集合关系的判断
【例1】 指出下列各对集合之间的关系:
(1)A={-1,1},B={(-1,-1),(-1,1),(1,-1),(1,1)};
(2)A={x|x是等边三角形},B={x|x是等腰三角形};
解 (1)集合A的元素是数,集合B的元素是有序实数对,故A与B之间无包含关系.
(2)等边三角形是三边相等的三角形,等腰三角形是两边相等的三角形,故A?B.
(3)A={x|-1(4)M={x|x=2n-1,n∈N+},N={x|x=2n+1,n∈N+}.
解 (3)集合B={x|x<5},用数轴表示集合A,B,如图所示,由图可知A?B.
(4)由列举法知M={1,3,5,7,…},N={3,5,7,9,…},故N?M.
判断集合关系的方法
(1)观察法:一一列举观察.
(2)元素特征法:首先确定集合的元素是什么,弄清集合元素的特征,再利用集合元素的特征判断关系.
(3)数形结合法:利用数轴或Venn图.
思维升华
A.A B B.A=B C.A?B D.B?A
(2)已知集合A={x|x<-2或x>0},B={x|0A.A=B B.A?B C.B?A D.A B
解析 (1)∵A={-2,3},B={3},∴B?A.
(2)在数轴上分别画出集合A,B,如图所示,由数轴知B?A.
D
C
题型二 补集的基本运算
【例2】 (1)设集合U=R,M={x|x>2或x<-2},则 UM=(  )
A.{x|-2≤x≤2} B.{x|-2C.{x|x<-2或x>2} D.{x|x≤-2或x≥2}
(2)已知全集U={1,2,a2-2a+3},A={1,a}, UA={3},则实数a=________.
解析 (1)如图,在数轴上表示出集合M,可知 UM={x|-2≤x≤2}.
A
2
求补集的方法
(1)列举法表示:从全集U中去掉属于集合A的所有元素后,由所有余下的元素组成的集合.
(2)由不等式构成的无限集表示:借助数轴,取全集U中集合A以外的所有元素组成的集合.
思维升华
【训练2】 (1)已知全集U={x|x≥-3},集合A={x|-3(2)设U={0,1,2,3},A={x|x2+mx=0},若 UA={1,2},则实数m=________.
解析 (1)借助数轴得 UA={x|x=-3或x>4}.
(2)∵ UA={1,2},∴A={0,3},
∴0,3是方程x2+mx=0的两个根,∴m=-3.
{x|x=-3或x>4}
-3
题型三 由集合间的包含关系求参数
【例3】 (1)已知集合A={x|-3≤x≤4},B={x|2m-1解 ∵B A,
①当B=?时,m+1≤2m-1,解得m≥2.
综上得m≥-1.
综上可知,实数m的取值范围为[-1,+∞).
(2)已知集合A={x|x2-4x+3=0},B={x|mx-3=0},且B A,求实数m的取值集合.
解 由x2-4x+3=0,得x=1或x=3.
∴集合A={1,3}.
①当B=?时,此时m=0,满足B A.
综上可知,所求实数m的取值集合为{0,1,3}.
由集合间的关系求参数问题的注意点及常用方法
(1)注意点:①不能忽视集合为?的情形;②当集合中含有字母参数时,一般需要分类讨论.
(2)常用方法:对于用不等式给出的集合,已知集合的包含关系求相关参数的范围(值)时,常采用数形结合的思想,借助数轴解答.
思维升华
【训练3】 已知集合A={x|1≤x≤2},集合B={x|1≤x≤a,a≥1}.
(1)若A? B,求a的取值范围;
(2)若B A,求a的取值范围.
解 (1)若A?B,由图可知a>2.所以a的取值范围为{a|a>2}.
(2)若B A,由图可知1≤a≤2.
所以a的取值范围为{a|1≤a≤2}.
对子集、真子集、补集有关概念的理解
(1)集合A中的任何一个元素都是集合B中的元素,即由x∈A,能推出x∈B,这是判断A B的常用方法.
(2)在真子集的定义中,A,B首先要满足A B,其次至少有一个x∈B,但x A.
(3)补集是相对于全集而存在的,研究一个集合的补集之前一定要明确其所对应的全集.比如,当研究数的运算性质时,我们常常将实数集R当作全集.  
课堂小结
分层训练
素养提升
3
一、选择题
1.已知集合A={x|x2-1=0},则有(  )
A.1 A B.0?A
C.??A D.{0} A
解析 由已知,A={1,-1},所以选项A,B,D都错误;因为?是任何非空集合的真子集,所以C正确.故选C.
C
2.集合A={2,-1},B={m2-m,-1},且A=B,则实数m=(  )
A.2 B.-1
C.2或-1 D.4
解析 ∵A=B,∴m2-m=2,即m2-m-2=0,∴m=2或-1.
C
3.若全集U={0,1,2,3},且 UA={2},则集合A的真子集的个数为(  )
A.3 B.5
C.7 D.8
解析 ∵U={0,1,2,3}, UA={2},∴A={0,1,3}.
∴集合A的真子集的个数为23-1=7.
C
4.已知集合A={x|x是菱形},B={x|x是正方形},C={x|x是矩形},D={x|x是平行四边形},则(  )
A.D C B.B C
C.A B D.D A
解析 选项A错,矩形一定是平行四边形,但平行四边形不一定是矩形,应当是C D.选项B对,正方形一定是矩形,但矩形不一定是正方形.选项C错,正方形一定是菱形,但菱形不一定是正方形,应当是B A.选项D错,菱形一定是平行四边形,但平行四边形不一定是菱形,应当是A D.
B
5.若集合A={1,3,x},B={x2,1},且B A,则满足条件的实数x的个数是(  )
A.1 B.2 C.3 D.4
C
二、填空题
6.设A={x|2{a|3≤a≤4}
即a的取值范围是{a|3≤a≤4}.
7.已知全集U={x|x≤5}, UA={x|-3≤x<2},则A=__________________.
{x|x<-3或2≤x≤5}
{a|a≥0}
三、解答题
9.判断下列集合间的关系:
(1)A={x|x-3>2},B={x|2x-5≥0};
(2)A={x∈Z|-1≤x<3},B={x|x=|y|,y∈A}.
(2)因为A={x∈Z|-1≤x<3}={-1,0,1,2},
B={x|x=|y|,y∈A},
所以B={0,1,2},所以B?A.
10.已知集合A={x|x<-1或x>4},B={x|2a≤x≤a+3},若B A,求实数a的取值范围.
解 当B=?时,只需2a>a+3, 即a>3.
当B≠?时,根据题意作出如图所示的数轴,可得
综上,实数a的取值范围为{a|a<-4或a>2}.
11.(多选题)已知集合M={(x,y)|x+y<0,xy>0,x,y∈R},N={(x,y)|x<0,y<0,x,y∈R},那么(   )
A.M N B.M N
C.M=N D. M?N
解析 若x<0,y<0,则x+y<0,xy>0,故N M.
若x+y<0,xy>0,则x与y同号且为负,即x<0,y<0,故M N,所以M=N,故选ABC.
ABC
12.已知集合{b}={x∈R|ax2-4x+1=0}(a,b∈R),则a+b=________.
当a≠0时,由Δ=(-4)2-4a=0,得a=4,
13.若集合A={x|ax2+2x+1=0,x∈R}至多有一个真子集,求a的取值范围.
②当A只有一个真子集时,A为单元素集,这时有两种情况:
当a=0时,方程化为2x+1=0,
当a≠0时,由Δ=4-4a=0,
解得a=1.
综上,当集合A至多有一个真子集时,a的取值范围是{a|a=0或a≥1}.
14.(多选题)设集合A={-1,1},集合B={x|x2-2ax+b=0},若B≠?,B A,则(a,b)可以是(   )
A.(-1,1) B.(-1,0)
C.(0,-1) D.(1,1)
解析 当a=-1,b=1时,B={x|x2+2x+1=0}={-1},符合;
当a=b=1时,B={x|x2-2x+1=0}={1},符合;
当a=0,b=-1时,B={x|x2-1=0}={-1,1},符合;
当a=-1,b=0时,B={x|x2+2x=0}={0,-2},不符合.
ACD1.1.2 子集和补集
课标要求 素养要求
1.理解集合之间包含与相等的含义,能识别给定集合的子集、理解韦恩图的概念.2.理解全集与补集的概念,会求给定集合的补集. 通过理解集合之间的关系及全集与补集的概念,体会数学抽象及数学运算素养.
INCLUDEPICTURE "../../课前预习.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../课前预习.TIF" \* MERGEFORMAT
自主梳理
1.子集的有关概念
(1)子集
如果集合A的每个元素都是集合B的元素,就说A包含于B,或者说B包含A,记作A B(或B A).
若A包含于B,则称A是B的一个子集.
规定:空集包含于任一集合,是任一集合的子集.
如果A B并且B A,就说两个集合相等.记作A=B.
如果A B但A≠B,就说A是B的真子集,记作A?B.
(2)韦恩图
表示集合间关系的示意图叫做韦恩图(或Venn图).
(3)传递性
包含关系有传递性:若A B,B C,则A C;
若A?B,B C则A?C.
2.全集与补集
如果在某个特定的场合,要讨论的对象就是集合U的元素和子集,就可以约定把集合U叫做全集(或基本集),若A是全集U的子集,U中不属于A的元素组成的子集叫做A的补集,记作 UA,即 UA={x|x∈U,且x A}.
3.补集的性质
一般地,不论A是否是B的子集,都可用B\A表示B中不属于A的元素组成的子集.
自主检验
1.思考辨析,判断正误
(1)1 {1,2,3}.(×)
提示 “ ”表示集合与集合之间的关系,而不是元素和集合之间的关系.
(2)根据研究问题的不同,可以指定不同的全集.(√)
(3)存在x0∈U,x0 A,且x0 UA.(×)
提示 要么x0∈A,要么x0∈ UA,且有且只有一个成立.
2.已知集合A={-2,3,6m-6},若{6} A,则m=________.
答案 2
解析 ∵{6} A,∴6m-6=6,∴m=2.
3.若全集U=R,集合A={x|x≥1},则 UA=________.
答案 {x|x<1}
解析 由补集的定义,结合数轴可得 UA={x|x<1}.
4.集合{a,b,c}的所有子集为________________,其中它的真子集有________个.
答案 ?,{a},{b},{c},{a,b},{a,c},{b,c},{a,b,c} 7
解析 集合{a,b,c}的子集有:?,{a},{b},{c},{a,b},{a,c},{b,c},{a,b,c},其中除{a,b,c}外,都是{a,b,c}的真子集,共7个.
INCLUDEPICTURE "../../课堂互动.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../课堂互动.TIF" \* MERGEFORMAT
题型一 集合关系的判断
【例1】 指出下列各对集合之间的关系:
(1)A={-1,1},B={(-1,-1),(-1,1),(1,-1),(1,1)};
(2)A={x|x是等边三角形},B={x|x是等腰三角形};
(3)A={x|-1(4)M={x|x=2n-1,n∈N+},N={x|x=2n+1,n∈N+}.
解 (1)集合A的元素是数,集合B的元素是有序实数对,故A与B之间无包含关系.
(2)等边三角形是三边相等的三角形,等腰三角形是两边相等的三角形,故A?B.
(3)集合B={x|x<5},用数轴表示集合A,B,如图所示,由图可知A?B.
INCLUDEPICTURE "../../S5.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../S5.TIF" \* MERGEFORMAT
(4)由列举法知M={1,3,5,7,…},N={3,5,7,9,…},故N?M.
思维升华 判断集合关系的方法
(1)观察法:一一列举观察.
(2)元素特征法:首先确定集合的元素是什么,弄清集合元素的特征,再利用集合元素的特征判断关系.
(3)数形结合法:利用数轴或Venn图.
【训练1】 (1)集合A={x|(x-3)(x+2)=0},B=,则A与B的关系是(  )
A.A B B.A=B
C.A?B D.B?A
(2)已知集合A={x|x<-2或x>0},B={x|0A.A=B B.A?B
C.B?A D.A B
答案 (1)D (2)C
解析 (1)∵A={-2,3},B={3},∴B?A.
(2)在数轴上分别画出集合A,B,如图所示,由数轴知B?A.
INCLUDEPICTURE "../../S6.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../S6.TIF" \* MERGEFORMAT
题型二 补集的基本运算
【例2】 (1)设集合U=R,M={x|x>2或x<-2},则 UM=(  )
A.{x|-2≤x≤2} B.{x|-2C.{x|x<-2或x>2} D.{x|x≤-2或x≥2}
(2)已知全集U={1,2,a2-2a+3},A={1,a}, UA={3},则实数a=________.
答案 (1)A (2)2
解析 (1)如图,在数轴上表示出集合M,可知 UM={x|-2≤x≤2}.
INCLUDEPICTURE "../../S24.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../S24.TIF" \* MERGEFORMAT
(2)由题意可知解得a=2.
思维升华 求补集的方法
(1)列举法表示:从全集U中去掉属于集合A的所有元素后,由所有余下的元素组成的集合.
(2)由不等式构成的无限集表示:借助数轴,取全集U中集合A以外的所有元素组成的集合.
【训练2】 (1)已知全集U={x|x≥-3},集合A={x|-3(2)设U={0,1,2,3},A={x|x2+mx=0},若 UA={1,2},则实数m=________.
答案 (1){x|x=-3或x>4} (2)-3
解析 (1)借助数轴得 UA={x|x=-3或x>4}.
(2)∵ UA={1,2},∴A={0,3},∴0,3是方程x2+mx=0的两个根,
∴m=-3.
题型三 由集合间的包含关系求参数
【例3】 (1)已知集合A={x|-3≤x≤4},B={x|2m-1(2)已知集合A={x|x2-4x+3=0},B={x|mx-3=0},且B A,求实数m的取值集合.
解 (1)∵B A,
①当B=?时,m+1≤2m-1,解得m≥2.
②当B≠?时,有解得-1≤m<2,
综上得m≥-1.
综上可知,实数m的取值范围为[-1,+∞).
(2)由x2-4x+3=0,得x=1或x=3.
∴集合A={1,3}.
①当B=?时,此时m=0,满足B A.
②当B≠?时,则m≠0,B={x|mx-3=0}=.
∵B A,∴=1或=3,解之得m=3或m=1.
综上可知,所求实数m的取值集合为{0,1,3}.
思维升华 由集合间的关系求参数问题的注意点及常用方法
(1)注意点:①不能忽视集合为?的情形;②当集合中含有字母参数时,一般需要分类讨论.
(2)常用方法:对于用不等式给出的集合,已知集合的包含关系求相关参数的范围(值)时,常采用数形结合的思想,借助数轴解答.
【训练3】 已知集合A={x|1≤x≤2},集合B={x|1≤x≤a,a≥1}.
(1)若A?B,求a的取值范围;
(2)若B A,求a的取值范围.
解 (1)若A?B,由图可知a>2.所以a的取值范围为
{a|a>2}.
INCLUDEPICTURE "../../S14.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../S14.TIF" \* MERGEFORMAT
(2)若B A,由图可知1≤a≤2.
INCLUDEPICTURE "../../S15.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../S15.TIF" \* MERGEFORMAT
所以a的取值范围为{a|1≤a≤2}.
INCLUDEPICTURE "../../课堂小结.tif" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../课堂小结.tif" \* MERGEFORMAT
对子集、真子集、补集有关概念的理解
(1)集合A中的任何一个元素都是集合B中的元素,即由x∈A,能推出x∈B,这是判断A B的常用方法.
(2)在真子集的定义中,A,B首先要满足A B,其次至少有一个x∈B,但x A.
(3)补集是相对于全集而存在的,研究一个集合的补集之前一定要明确其所对应的全集.比如,当研究数的运算性质时,我们常常将实数集R当作全集.                  
INCLUDEPICTURE "../../分层训练.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../分层训练.TIF" \* MERGEFORMAT
INCLUDEPICTURE "../../基础达标.tif" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../基础达标.tif" \* MERGEFORMAT
一、选择题
1.已知集合A={x|x2-1=0},则有(  )
A.1 A B.0?A
C.??A D.{0} A
答案 C
解析 由已知,A={1,-1},所以选项A,B,D都错误;因为?是任何非空集合的真子集,所以C正确.故选C.
2.集合A={2,-1},B={m2-m,-1},且A=B,则实数m=(  )
A.2 B.-1
C.2或-1 D.4
答案 C
解析 ∵A=B,∴m2-m=2,即m2-m-2=0,∴m=2或-1.
3.若全集U={0,1,2,3},且 UA={2},则集合A的真子集的个数为(  )
A.3 B.5
C.7 D.8
答案 C
解析 ∵U={0,1,2,3}, UA={2},∴A={0,1,3}.
∴集合A的真子集的个数为23-1=7.
4.已知集合A={x|x是菱形},B={x|x是正方形},C={x|x是矩形},D={x|x是平行四边形},则(  )
A.D C B.B C
C.A B D.D A
答案 B
解析 选项A错,矩形一定是平行四边形,但平行四边形不一定是矩形,应当是C D.选项B对,正方形一定是矩形,但矩形不一定是正方形.选项C错,正方形一定是菱形,但菱形不一定是正方形,应当是B A.选项D错,菱形一定是平行四边形,但平行四边形不一定是菱形,应当是A D.
5.若集合A={1,3,x},B={x2,1},且B A,则满足条件的实数x的个数是(  )
A.1 B.2
C.3 D.4
答案 C
解析 由B A,知x2=3或x2=x,
解得x=±或x=0或x=1.当x=1时,集合A,B都不满足元素的互异性,故x=1(舍去).
二、填空题
6.设A={x|2答案 {a|3≤a≤4}
解析 因为B?A,所以或
即a的取值范围是{a|3≤a≤4}.
INCLUDEPICTURE "../../S10.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../S10.TIF" \* MERGEFORMAT
7.已知全集U={x|x≤5}, UA={x|-3≤x<2},则A=________.
答案 {x|x<-3或2≤x≤5}
8.已知集合A={x|=a},当A为非空集合时,a的取值范围是________.
答案 {a|a≥0}
解析 要使集合A为非空集合,则方程=a应有解,故只须a≥0.
三、解答题
9.判断下列集合间的关系:
(1)A={x|x-3>2},B={x|2x-5≥0};
(2)A={x∈Z|-1≤x<3},B={x|x=|y|,y∈A}.
INCLUDEPICTURE "../../S17.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../S17.TIF" \* MERGEFORMAT
解 (1)因为A={x|x-3>2}={x|x>5},B={x|2x-5≥0}=,所以可利用数轴判断A,B的关系.如图所示,A?B.
(2)因为A={x∈Z|-1≤x<3}={-1,0,1,2},B={x|x=|y|,y∈A},所以B={0,1,2},所以B?A.
10.已知集合A={x|x<-1或x>4},B={x|2a≤x≤a+3},若B A,求实数a的取值范围.
解 当B=?时,只需2a>a+3, 即a>3.
当B≠?时,根据题意作出如图所示的数轴,可得
INCLUDEPICTURE "../../S18.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../S18.TIF" \* MERGEFORMAT
或解得a<-4或2<a≤3.
综上,实数a的取值范围为{a|a<-4或a>2}.
INCLUDEPICTURE "../../能力提升.tif" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../能力提升.tif" \* MERGEFORMAT
11.(多选题)已知集合M={(x,y)|x+y<0,xy>0,x,y∈R},N={(x,y)|x<0,y<0,x,y∈R},那么(  )
A.M N B.M N
C.M=N D. M?N
答案 ABC
解析 若x<0,y<0,则x+y<0,xy>0,故N M.
若x+y<0,xy>0,则x与y同号且为负,即x<0,y<0,故M N,所以M=N,故选ABC.
12.已知集合{b}={x∈R|ax2-4x+1=0}(a,b∈R),则a+b=________.
答案 或
解析 由题意知方程ax2-4x+1=0有唯一解,当a=0时,x=,此时b=,则a+b=;当a≠0时,由Δ=(-4)2-4a=0,得a=4,方程ax2-4x+1=0的解为x=,此时b=,则a+b=.
13.若集合A={x|ax2+2x+1=0,x∈R}至多有一个真子集,求a的取值范围.
解 ①当A无真子集时,A=?,即方程ax2+2x+1=0无实根,所以所以a>1.
②当A只有一个真子集时,A为单元素集,这时有两种情况:
当a=0时,方程化为2x+1=0,
解得x=-,符合题意;
当a≠0时,由Δ=4-4a=0,
解得a=1.
综上,当集合A至多有一个真子集时,a的取值范围是{a|a=0或a≥1}.
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14.(多选题)设集合A={-1,1},集合B={x|x2-2ax+b=0},若B≠?,B A,则(a,b)可以是(  )
A.(-1,1) B.(-1,0)
C.(0,-1) D.(1,1)
答案 ACD
解析 当a=-1,b=1时,B={x|x2+2x+1=0}={-1},符合;
当a=b=1时,B={x|x2-2x+1=0}={1},符合;
当a=0,b=-1时,B={x|x2-1=0}={-1,1},符合;
当a=-1,b=0时,B={x|x2+2x=0}={0,-2},不符合.

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