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Lista de exercícios – cap. 2 – Nos problemas de 1 a 7 apresenta-se um conjunto com as operações de adição e multiplicação por escalar nele definidas. Verificar quais deles são espaços vetoriais. Para aqueles que não são espaços vetoriais, citar os axiomas que não se verificam. 1) ܫܴ³, (ݔ,ݕ, ݖ) + (ݔᇱ ,ݕᇱ, ݖᇱ) = (ݔ + ݔᇱ ,ݕ + ݕᇱ, ݖ + ݖᇱ) ݇(ݔ,ݕ, ݖ) = (0,0,0) 2) {(ݔ, 2ݔ, 3ݔ); ݔ Є ܫܴ} com as operações usuais 3) ܫܴ² , (ܽ, ܾ) + (ܿ,݀) = (ܽ, ܾ) ݁ ߙ(ܽ, ܾ) = (ߙܽ,ߙܾ) 4) ܫܴ², (ݔ,ݕ) + (ݔᇱ ,ݕᇱ) = (ݔ + ݔᇱ ,ݕ + ݕᇱ) ݁ ߙ(ݔ,ݕ) = (ߙ²ݔ,ߙ²ݕ) 5) ܫܴ², (ݔ,ݕ) + (ݔᇱ ,ݕᇱ) = (ݔ + ݔᇱ ,ݕ + ݕᇱ) ݁ ߙ(ݔ,ݕ) = (ߙݔ, 0) 6) ܣ = {(ݔ,ݕ) Є ܫܴ²/ݕ = 5ݔ} com as operações usuais 7) ܣ = ቄቀ0 ܽ ܾ 0ቁЄ ܯ(2,2)/ ܽ, ܾ Є ܫܴቅ com as operações usuais Nos problemas 8 a 13 são apresentados subconjuntos de IR². Verificar quais deles são subespaços vetoriais do IR² relativamente às operações de adição e multiplicação por escalar usuais. 8) ܵ = {(ݔ,ݕ)/ݕ = −ݔ} 9) ܵ = {(ݔ, ݔ²); ݔ Є ܫܴ} 10) ܵ = {(ݔ,ݕ)/ ݔ + 3ݕ = 0} 11) ܵ = {(ݕ,ݕ); ݕ Є ܫܴ} 12) ܵ = {(ݔ,ݕ)/ ݕ = ݔ + 1} 13) ܵ = {(ݔ,ݕ)/ݔ ≥ 0} Nos problemas 14 a 25 são apresentados subconjuntos de IR³. Verificar quais são seus subespaços em relação às operações de adição e multiplicação por escalar usuais. Para os que são subespaços, mostrar que as duas condições estão satisfeitas. Caso contrário, citar um contra- exemplo. 14) ܵ = {(ݔ,ݕ, ݖ)/ݔ = 4ݕ ݁ ݖ = 0} 15) ܵ = {(ݔ,ݕ, ݖ)/ݖ = 2ݔ − ݕ} 16) ܵ = {(ݔ,ݕ, ݖ)/ݔ = ݖ²} 17) ܵ = {(ݔ,ݕ, ݖ)/ݕ = ݔ + 2 ݁ ݖ = 0} 18) ܵ = {(ݔ, ݔ, ݔ); ݔ Є ܫܴ} 19) ܵ = {(ݔ, ݔ, 0)/ݔ Є ܫܴ} 20) ܵ = {(ݔ,ݕ, ݖ)/ݔݕ = 0} 21) ܵ = {(ݔ,ݕ, ݖ)/ݔ = 0 ݁ ݕ = |ݖ|} 22) ܵ = {(ݔ,−3ݔ, 4ݔ); ݔ Є ܫܴ } 23) ܵ = {(ݔ,ݕ, ݖ)/ݔ ≥ 0} 24) ܵ = {(ݔ,ݕ, ݖ)/ ݔ + ݕ + ݖ = 0} 25) ܵ = {(4ݐ, 2ݐ,−ݐ); ݐ Є ܫܴ} 26) Verificar se os subconjuntos abaixo são subespaços de M(2,2): a) ܵ = ቄቀܽ ܾ ܿ ݀ ቁ ; ܿ = ܽ + ܾ ݁ ݀ = 0 ቅ b) ܵ = ቄቀܽ ܾ ܿ ݀ ቁ ; ܽ, ܾ, ܿ Є ܫܴ ቅ(matrizes triangulares superiores) c) ܵ = ቄቀܽ ܾ ܾ ܿ ቁ ; ܽ, ܾ, ܿ Є ܫܴቅ(matrizes simétricas) d) ܵ = ቄቀ ܽ ܽ + ܾ ܽ − ܾ ܾ ቁ ; a, b Є IR ቅ e) ܵ = ቄቀܽ 1 ܽ ܾ ቁ ; a, b Є IRቅ f) ܵ = ቄቀܽ ܾ ܿ ݀ ቁ ; ad – bc ≠ 0ቅ(conjunto de matrizes inversíveis) 27) Sejam os vetores ݑ = (2,−3,2) eݒ = (−1,2,4) em IR³. a) Escrever o vetor ݓ = (7,−11,2) como combinação linear de ݑ e ݒ. b) Para que o valor de ݇ o vetor (−8,14,݇) é combinação linear de ݑ e ݒ? c) Determinar uma condição entre a,b e c para que o vetor (ܽ, ܾ, ܿ) seja uma combinação linear de ݑ e ݒ. 28) Consideremos no espaço ܲ2 = {ܽݐ² + ܾݐ + ܿ/ ܽ, ܾ, ܿ Є ܫܴ} os vetores ଵ = ݐ² − 2ݐ + 1, ଶ = ݐ + 2 e ଷ = 2ݐ² − ݐ. a) Escrever o vetor = 5ݐ² − 5ݐ + 7como combinação linear de ଵ, ଶ e ଷ. b) Escrever o vetor = 5ݐ² − 5ݐ + 7 como combinação linear de ଵ eଶ. c) Determinar uma condição para a, b e c de modo que o vetor ܽݐ² + ܾݐ + ܿ seja combinação linear de ଶ e ଷ. d) É possível escrever ଵ como combinação linear de ଶ e ଷ? 29) Seja o espaço vetorial M(2,2) e os vetores: ݒଵ = ቀ1 01 1ቁ, ݒ2 = ቀ−1 20 1ቁe ݒଷ = ቀ0 −12 1 ቁ escrever o vetor: ݒ = ቀ1 80 5ቁ,como combinação linear dos vetores ݒଵ,ݒଶ e ݒଷ. 30) Escrever o vetor 0 Є IR² como combinação linear dos vetores a) ݒଵ = (1,3) e ݒଶ = (2,6) b) ݒଵ = (1,3) e ݒଶ = (2,5) 31) Sejam os vetores ݒଵ = (−1,2,1),ݒଶ = (1,0,2) e ݒଷ = (−2,−1,0). Expressar cada um dos vetores ݑ = (−8,4,1),ݒ = (0,2,3) e ݓ = (0,0,0) como combinação linear de ݒଵ, ݒଶ e ݒଷ. 32) Expressar o vetor ݑ = (−1,4,−4,6) Є IR4 como combinação linear dos vetores ݒଵ = (3,−3,1,0), ݒଶ = (0,1,−1,2) e ݒଷ = (1,−1,0,0). 33) Seja S o subespaço do IR4 definido por: ܵ = {(ݔ,ݕ, ݖ, ݐ) Є ܫܴ4 / ݔ + 2ݕ − ݖ = 0 ݁ ݐ = 0} Pergunta-se: a)(−1,2,3,0) Є ܵ? b)(3,1,4,0) Є ܵ ? c)(−1,1,1,1)Є S? 34) Seja S o subespaço de M(2,2): ܵ = ቄቀܽ − ܾ 2ܽ ܽ + ܾ −ܾቁቅ a)ቀ5 61 2ቁ Є ܵ? b)Qual deve ser o valor de k para que o vetor ቀ−4 ݇2 −3ቁ pertença a S? 35) Determinar os subespaços do IR³ gerados pelos seguintes conjuntos: a) ܣ = {(2,−1,3)} b) ܣ = {(−1,3,2), (2,−2,1)} c) ܣ = {(1,0,1), (0,1,1), (−1,1,0)} d) ܣ = {(−1,1,0), (0,1,−2), (−2,3,1)} e) ܣ = {(1,2,−1), (−1,1,0), (−3,0,1), (−2,−1,1)} f) ܣ = {(1,2,−1), (−1,1,0), (0,0,2), (−2,1,0)} 36)Seja o conjunto ܣ = {ݒଵ,ݒଶ}, sendo ݒଵ = (−1,3,−1) e ݒଶ = (1,−2,4). Determinar: a) O subespaço G(A). b) O valor de ݇ para que o vetor ݒ = (5,݇, 11) pertença a G(A). 37)Sejam os vetores ݒଵ = (1,1,1), ݒଶ = (1,2,0) e ݒଷ = (1,3,−1). Se (3,−1,݇) Є [ݒଵ, ݒଶ,ݒଷ], qual o valor de ݇? 38)Determinar os subespaços de P2 (espaço vetorial dos polinômios de grau ≤2) gerados pelos seguintes vetores: a) ଵ = 2ݔ + 2,ଶ = −ݔ² + ݔ + 3, ଷ = ݔ² + 2ݔ b)ଵ = ݔ², ଶ = ݔ² + ݔ c)ଵ = 1, ଶ = ݔ, ଷ = ݔ² 39)Determinar o subespaço G(A) para ܣ = {(1,−2), (−2,4)}. O que representa geometricamente esse subespaço? 40) Mostra que os vetores ݒଵ = (2,1) eݒଶ = (1,1) geram o IR². 41) Mostrar que os vetores ݒଵ = (1,1,1),ݒଶ = (0,1,1) e ݒଷ = (0,0,1) geram o IR³. 42) Seja o espaço vetorial M(2,2). Determinar seus subespaços gerados pelos vetores: a) ݒଵ = ቀ−1 21 0ቁe ݒଶ = ቀ 2 1−1 −1ቁ b)ݒଵ = ቀ−1 00 1ቁ,ݒଶ = ቀ1 −10 0 ቁe ݒଷ = ቀ0 11 0ቁ 43) Determinar o subespaço de P3 (espaço dos polinômios de grau ≤3) gerado pelos vetores ଵ = ݔ³ + 2ݔ² − ݔ + 3 eଶ = −2ݔ³ − ݔ + 3ݔ + 2. 44) Determinar o subespaço de IR4 gerado pelos vetores ݑ = (2,−1,1,4),ݒ =(3,3,−3,6) e ݓ = (0,4,−4,0). 45) Verificar se o vetor ݒ = (−1,−3,2,0) pertence ao subespaço do IR4 gerado pelos vetores ݒଵ = (2,−1,3,0), ݒଶ = (1,0,1,0) e ݒଷ = (0,1,−1,0). 46) Classificar os seguintes subconjuntos do IR² em Li ou LD: a) {(1,3)} b){(1,3), (2,6)} c) {(2,−1), (3,5)} d) {(1,0), (−1,1), (3,5)} 47) Classificar os seguintes subconjuntos do IR³ em LI ou LD: a) {(2,−1,3)} b) {(1,−1,1), (−1,1,1)} c) {(2,−1,0), (−1,3,0), (3,5,0)} d) {(2,1,3), (0,0,0), (1,5,2)} e) {(1,2,−1), (2,4,−2), (1,3,0)} f) {(1,-1,-2), (2,1,1), (-1,0,3)} g) {(1,2,−1), (1,0,0), (0,1,2), (3,−1,2)} 48) Quais dos seguintes conjuntos de vetores pertencentes ao P2 são LD? a) 2 + ݔ – ݔ², −4 – ݔ + 4ݔ², ݔ + 2ݔ² b) 1 – ݔ + 2ݔ², ݔ – ݔ², ݔ² c) 1 + 3ݔ + ݔ², 2 – ݔ – ݔ², 1 + 2ݔ – 3ݔ², −2 + ݔ + 3ݔ² d) ݔ² − ݔ + 1, ݔ² + 2ݔ 49) Quais dos seguintes conjuntos de vetores do IR4 são LD? a) (2,1,0,0), (1,0,2,1), (−1,2,0,−1) b) (0,1,0,−1), (1,1,1,1), (−1,2,0,1), (1,2,1,0) c) (1,−1,0,0), (0,1,0,0), (0,0,1,−1), (1,2,1,−2) d) (1,1,2,4), (1,−1,−4,2), (0,−1,−3,1), (2,1,1,5) 50) Sendo V o espaço vetorial das matrizes 2 x 3, verificar se {A,B,C} é LI ou LD, sendo ܣ = ቀ−1 2 13 −2 4ቁ, ܤ = ቀ 0 −1 2−2 1 0ቁeܥ = ቀ−1 0 5−1 0 3ቁ 51) Determinar o valor de k para que seja LI o conjunto {(−1,0,2), (1,1,1), (݇,−2,0)} 52) Determinar k para que ቀ1 01 0ቁ , ቀ1 10 0ቁ , ቀ2 −1݇ 0 ቁ seja LD. 53) Mostrar que são LD os vetores ݒଵ,ݒଶe ݒଷ com ݒଵ e ݒଶ vetores arbitrários de um espaço vetorial V e ݒଷ = 2ݒଵ – ݒଷ. 54) Mostrar que se ݑ,ݒ e ݓ são LI, então ݑ + ݒ, ݑ + ݓ e ݒ + ݓ são também LI. 55) Sendoݒଵ = (1,2) Є IR², determinar ݒଶ Є IR² tal que {ݒଵ, ݒଶ} seja base do IR². 56) Verificar quais dos seguintes conjuntos de vetores formam a base do IR²: a) {(1,2), (−1,3)} b) {(3,−6), (−4,8)} c) {(0,0), (2,3)} d) {(3,−1), (2,3)} 57) Para que valores de ݇ o conjunto ܤ = {(1,݇), (݇, 4)} é base do IR²? 58) O conjunto ܤ = {(2,−1), (−3,2)} é uma base do IR². Escrever o vetor genérico do IR² como combinação linear de ܤ. 59) Quais dos seguintes conjuntos formam uma base do IR³? a) (1,1,−1), (2,−1,0), (3,2,0) b) (1,0,1), (0,−1,2), (−2,1,−4) c) (2,1,−1), (−1,0,1), (0,0,1) d) (1,2,3), (4,1,2) e) (0,−1,2), (2,1,3), (−1,0,1), (4,−1,−2) 60) Quais dos seguintes conjuntos de vetores formam uma base de P2? a) 2ݐ² + ݐ – 4, ݐ² − 3ݐ + 1 b) 1, ݐ, ݐ² c) 2, 1 –ݔ, 1 + ݔ² d) 1 + ݔ + ݔ², ݔ + ݔ², ݔ² e) 1 + ݔ, ݔ – ݔ², 1 + 2ݔ – ݔ² 61) Mostrar que o conjunto ቀ 2 3 −1 0ቁ , ቀ1 −10 −2ቁ , ቀ−3 −21 −1ቁ , ቀ 3 −7−2 5 ቁ É uma base de M(2,2). 62) Mostrar que o conjunto {(1,1,0,0), (0,0,1,1), (1,0,0,3), (0,0,0,5)}é base do IR4. 63) O conjunto ܣ = {ݐ³, 2ݐ² − ݐ + 3, ݐ³ − 3ݐ² + 4ݐ − 1}é base de P3? Justificar. 64) Mostrar que os vetores ݒଵ = (1,1,1),ݒଶ = (1,2,3), ݒଷ = (3,0,2) e ݒସ = (2,−,1,1) geram o IR³ e encontrar uma base dentre os vetores ݒଵ, ݒଶ, ݒଷ e ݒସ. 65) Mostrar que os polinômios ଵ = 1 + 2ݔ − 3ݔ²,ଶ = 1 − 3ݔ + 2ݔ²e ଷ = 2 − ݔ + 5ݔ² formam uma base do espaço dos polinômios de grau ≤2 e calcular o vetorcoordenada de = −2 − 9ݔ − 13ݔ² na base ܤ = {ଵ,ଶ,ଷ}. 66) Determinar uma base do subespaço do IR4 gerado pelos vetores ݒଵ = (1,−1,0,0),ݒଶ = (−2,2,2,1), ݒଷ = (−1,1,2,1) e ݒସ = (0,0,4,2). 67)Seja ܸ = ܫܴ³ e o conjunto ܤ = {(0,1,1), (1,1,0), (1,2,1)} ܥ ܫܴ³ a)Mostrar que ܤ não é base do ܫܴ³. b)Determinar uma base do ܫܴ³ que possua dois elementos de ܤ. 68) Determinar o vetor coordenada de ݒ = (6,2) em relação às seguintes bases: ߙ = {(3,0), (0,2)} ߚ = {(1,2), (2,1)} ߛ = {(1,0), (0,1)} ߜ = {(0,1), (1,0)} 69) No espaço vetorial IR³, consideremos a seguinte base: ܤ = {(1,0,0), (0,1,0), (1,−1,1)}. Determinar o vetor coordenada de v Є IR³ em relação à base B se: a) ݒ = (2,−3,4)b) ݒ = (3,5,6) c)ݒ = (1,−1,1) 70) Seja ܣ = {3, 2ݔ,−ݔ²} uma base de P2. Determinar o vetor coordenada de ݒ = 6 − 4ݔ + 3ݔ² em relação à base A. 71) Sejam os vetores ݒଵ = (1,0,−1), ݒଶ = (1,2,1) ݁ ݒଷ = (0,−1,0) do IR³. a) Mostrar que ܤ = {ݒଵ,ݒଶ, ݒଷ} é base do IR³. b) Escrever ݁ଵ = (1,0,0), ݁ଶ = (0,1,0), ݁ଷ = (0,0,1) como combinação linear dos vetores da base B. 72) Determinar a dimensão e uma base para cada um dos seguintes espaços vetoriais: a) {(ݔ,ݕ, ݖ) Є ܫܴ³/ ݕ = 3ݔ} b) {(ݔ,ݕ, ݖ) Є ܫܴ³/ ݕ = 5ݔ ݁ ݖ = 0} c) {(ݔ,ݕ) Є ܫܴ²/ ݔ + ݕ = 0} d) {(ݔ,ݕ, ݖ) Є ܫܴ³/ ݔ = 3ݕ ݁ ݖ = −ݕ} e) {(ݔ,ݕ, ݖ) Є ܫܴ³/ 2ݔ − ݕ + 3ݔ = 0} f) {(ݔ,ݕ, ݖ) Є ܫܴ³/ ݖ = 0} 73) Determinar a dimensão e uma base para cada um dos seguintes subespaços vetoriais de M(2,2): a)ቄቀܽ ܾ ܿ ݀ ቁ ; ; b = a + c e d = c ቅ b)ቄቀܽ ܾ ܿ ݀ ቁ ; ; b = a + cቅ c) ቄቀܽ ܾ ܿ ݀ ቁ ; ; c = a − 3b e d = 0ቅ d) ቄቀܽ ܾ ܿ ݀ ቁ ; a + d = b + cቅ 74) Seja o subespaço ܵ de M(2,2): ܵ = ቄቀܽ ܾ ܿ ݀ ቁ / ܿ = ܽ + ܾ ݁ ݀ = ܽቅ a)Qual a dimensão de ܵ? b)O conjunto: ቄቀ1 −10 1 ቁ , ቀ2 13 4ቁቅ É uma base de S? Justificar. 75) Encontrar uma base e a dimensão do espaço-solução dos sistemas: a)൝ ݔ + 2ݕ − 2ݖ − ݐ = 02ݔ + 4ݕ + ݖ + ݐ = 0 ݔ + 2ݕ + 3ݖ + 2ݐ = 0 b)൝ ݔ + 2ݕ − ݖ + 3ݐ = 02ݔ − ݕ + ݖ − ݐ = 04ݔ + 3ݕ − ݖ + 5ݐ = 0 c) ൝ ݔ − 2ݕ − ݖ = 02ݔ + ݕ + 3ݖ = 0 ݔ + 3ݕ + 4ݖ = 0 d) ൝ 2ݔ + 2ݕ − 3ݖ = 0 ݔ − ݕ − ݖ = 03ݔ + 2ݕ + ݖ = 0 e) ൜ ݔ + ݕ − 2ݖ + ݐ = 02ݔ + 2ݕ − 4ݖ + 2ݐ = 0 Respostas dos problemas propostos 1. Não é espaço vetorial. Falha o axioma M4 2. O conjunto é um espaço vetorial 3. Não é espaço vetorial. Falham os axiomas A2, A3 e A4 4. Não é espaço vetorial. Falha o axioma M2 5. Não é espaço vetorial falha o axioma M4 6. O conjunto é um espaço vetorial 7. O conjunto é um espaço vetorial 8. S é subespaço 9. S não é subespaço 10. É 11. É 12. Não é 13. Não é 14. É 15. É 16. Não é 17. Não é 18. É 19. É 20. Não é 21. Não é 22. É 23. Não é 24. É 25. É 26.São subespaços a), b), c), d) 27. a) w = 3u –v b) k = 12 c) 16a + 10b – c = 0 28. a) p = 3p¹ + 2p² + p³ b) impossível c) a + 2b – c = 0 d) não é possível 29. v = 4v¹ + 3v² - 2v³ 30. a) 0= -2v¹ + v² b) 0 = 0v¹ + 0v² 31.u = 3v¹ - v² +2v³ v= v¹ + v² w = 0v¹ + 0v² + 0v³ 32. v = -v¹+3v²+2v³ 33. a) sim b) não c) não 34. a) sim b) k = -2 35. a) {(x, y, z) € IR³/ x= -2y e z= -3y} b) {(x, y, z) € IR³/ 7x + 5y – 4z = 0} c) {(x, y, z) € IR³/ x + y – z = 0} d) IR³ e) {(x, y, z) € IR³/ x + y + 3z = 0} f) IR³ 36. a) G(A) = {(x, y, z) € IR³/ 10x + 3y –z = 0} b) k = -13 37. k =7 38. a) {ax² + bx + c / b= 2a + c} b) {ax² + bx / a, b € IR} c) P2 39. {(x, y) € IR²/ y= -2x} Representa uma reta que passa pela origem. 40. (x, y) = (x – y)(2,1) + (-x +2y)(1,1) 41. (x, y, z) = xv¹ + (y - x)v² + (z – y)v³ 42. a) ቄቀܽ ܾ ܿ ݀ ቁ ; ܾ = −2ܽ − 5݀ ݁ ܿ = −ܽ − ݀ቅ b) ܵ = ቄቀܽ ܾ ܿ ݀ ቁ ; ܽ + ܾ − ܿ + ݀ = 0ቅ 43. {ax³ + bx² + cx +d / b= 5a + 3c e d = 11a + 8c} 44. {(x, y, z, t) / 2x – t = 0 e y + z = 0} 45. Pertence 46. a) LI b) LD c) LI d) LD 47. a) LI b) LI c) LD d) LD e)LD f)LI g)LD 48.a,c 49. b,d 50. LI 51. k ≠ -3 52. k = 3 55. v² ≠ kv¹ , Vk € IR 56. a, d 57. k ≠ +-2 58. (x, y) = (2x + 3y)(2,-1) + (x+2y)(-3,2) 59. a) , c) 60. b) , c), d) 63. Não. G(A) ≠IR³ 64. Base: { v¹, v², v³} 65. pβ = (1, 5, -4) 66. Uma base: (v¹, v²} 67. Uma base: {(0,1,1), (1,1,0), (0,0,1)} 68. vߙ = (2,1) ݒߚ = (−23 , 103 ) ݒߛ = (6,2) ݒߜ = (2,6) 69. a) vb = ( -2,1,4) b) vb = (-3,11,6) c)vb = (0,0,1) 70. va = (2,-2,-3) 71. a) B é LI e V(x,y,z) € IR³ (ݔ,ݕ, ݖ) = ݔ − ݖ2 ݒ¹ + ݔ + ݖ2 ݒ² + (ݔ − ݕ + ݖ)ݒ³ b) ݁¹ = ଵ ଶ ݒ¹ + ଵ ଶ ݒ² + ݒ³ ݁² = −ݒ³ ݁³ = − 12 ݒଵ + 12 ݒଶ + ݒ³ 72. a) dim:2 b) dim:1 c) dim: 1 d) dim: 1 e) dim: 2 f) dim:2 As bases ficarão a cargo do leitor. 73. a) dim: 2 b) dim: 3 c) dim: 2 d) dim: 3 74. a) 2 b) Não, porque ቀ2 13 4ቁ ∄ ܵ 75. a) dim: 2 uma base: {(1,0,3,-5), (0,1,6,-10)} b) dim: 2 uma base: {(0,-2,-1,1),(1,-3,-5,0)} c) dim: 1 uma base: {(1,1,-1)} d) dim: zero não existe base e) dim: 3 uma base: {(-1,0,0,1), (-1,1,0,0), (2,0,1,0)}
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