2020高考数学第二轮通用(文)板块二专题五 第2讲

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第2讲圆锥曲线的方程与性质(小题)

热点一圆锥曲线的定义与标准方程

1.圆锥曲线的定义

(1)椭圆:|PF1|+|PF2|=2a(2a>|F1F2|).

(2)双曲线:||PF1|-|PF2||=2a(0<2a<|F1F2|).

(3)抛物线:|PF|=|PM|,点F不在定直线l上,PM⊥l于点M.

2.求圆锥曲线标准方程“先定型,后计算”

所谓“定型”,就是确定曲线焦点所在的坐标轴的位置;所谓“计算”,就是指利用待定系数法求出方程中的a2,b2,p的值.

例1(1)(2019·梅州质检)已知双曲线C:x2

a2-y2

b2=1(a>0,b>0)一个焦点为F(2,0),且F到双曲线C的渐近线的距离为1,则双曲线C的方程为________.

答案x2

3-y

2=1

解析根据题意,双曲线C的中心为原点,点F(2,0)是双曲线C的一个焦点,即双曲线的焦点在x轴上,且c=2,

双曲线C:x2

a2-y2

b2

=1(a>0,b>0),

其渐近线方程为y=±b

a x,即ay±bx=0,

又点F 到渐近线的距离为1,则有|-b ×2|a 2

+b

2

=1,

解得b =1,则a 2=c 2-b 2=3, 所以双曲线的方程为x 23

-y 2

=1.

(2)(2019·南充模拟)P 是双曲线x 23-y 2

4=1的右支上一点,F 1,F 2分别为双曲线的左、右焦点,

则△PF 1F 2的内切圆的圆心横坐标为( ) A. 3 B .2 C.7 D .3 答案 A

解析 如图所示F 1(-7,0),F 2(7,0),

设内切圆与x 轴的切点是点H ,与PF 1,PF 2的切点分别为M ,N , 由双曲线的定义可得|PF 1|-|PF 2|=2a =23,

由圆的切线长定理知,|PM |=|PN |,|F 1M |=|F 1H |,|F 2N |=|F 2H |, 故|MF 1|-|NF 2|=23, 即|HF 1|-|HF 2|=23,

设内切圆的圆心横坐标为x ,即点H 的横坐标为x , 故(x +7)-(7-x )=23, ∴x = 3.

跟踪演练1 (1)(2019·银川质检)已知P 是抛物线y 2=4x 上一动点,定点A (0,22),过点P 作

PQ⊥y轴于点Q,则|P A|+|PQ|的最小值是________.

答案 2

解析由抛物线y2=4x可知,其焦点坐标为F(1,0),准线x=-1,

设点P到其准线的距离为d,根据抛物线的定义,

可得d=|PF|,

则点P到y轴的距离为|PQ|=|PF|-1,

且|F A|=12+(22)2=3,

则|P A|+|PQ|=|P A|+|PF|-1≥|F A|-1=2(当且仅当A,P,F三点共线时取等号),

所以|P A|+|PQ|的最小值为2.

(2)如图,过抛物线y2=2px(p>0)的焦点F的直线l交抛物线于点A,B,交其准线于点C,若|BC|=2|BF|,且|AF|=3,则此抛物线方程为()

A.y2=9x B.y2=6x

C.y2=3x D.y2=3x

答案 C

解析如图分别过点A,B作准线的垂线,分别交准线于点E,D,设准线交x轴于点G.

设|BF |=a ,则由已知得|BC |=2a ,

由抛物线定义,得|BD |=a ,故∠BCD =30°, 在Rt △ACE 中,

∵|AE |=|AF |=3,|AC |=3+3a ,|AC |=2|AE |, ∴3+3a =6,从而得a =1,|FC |=3a =3. ∴p =|FG |=12|FC |=3

2,∴抛物线方程为y 2=3x .

热点二 圆锥曲线的几何性质

1.椭圆、双曲线中a ,b ,c 之间的关系 (1)在椭圆中:a 2=b 2+c 2,离心率为e =c

a =

1-????b a 2. (2)在双曲线中:c 2=a 2+b 2,离心率为e =c

a

1+????b a 2.

2.双曲线x 2a 2-y 2b 2=1(a >0,b >0)的渐近线方程为y =±b

a x .注意离心率e 与渐近线的斜率的关系.

例2 (1)设F 1,F 2分别是椭圆E :x 2a 2+y 2

b 2=1(a >b >0)的左、右焦点,过点F 1的直线交椭圆E

于A ,B 两点,若△AF 1F 2的面积是△BF 1F 2面积的三倍,cos ∠AF 2B =3

5,则椭圆E 的离心率

为( )

A.12

B.23

C.32

D.22 答案 D

解析 设|F 1B |=k ()k >0, 依题意可得|AF 1|=3k ,|AB |=4k , ∴|AF 2|=2a -3k ,|BF 2|=2a -k .

∵cos ∠AF 2B =3

5,在△ABF 2中,由余弦定理可得

|AB |2=|AF 2|2+|BF 2|2-2|AF 2||BF 2|cos ∠AF 2B , ∴(4k )2=(2a -3k )2+(2a -k )2-6

5(2a -3k )(2a -k ),

化简可得(a +k )(a -3k )=0, 而a +k >0,故a -3k =0,a =3k , ∴|AF 2|=|AF 1|=3k ,|BF 2|=5k , ∴|BF 2|2=|AF 2|2+|AB |2,

∴AF 1⊥AF 2,∴△AF 1F 2是等腰直角三角形. ∴c =

22a ,椭圆的离心率e =c a =22

. (2)已知双曲线M :x 2a 2-y 2

b 2=1(a >0,b >0)的左、右焦点分别为F 1,F 2,||F 1F 2=2

c .若双曲线M

的右支上存在点P ,使a sin ∠PF 1F 2=3c

sin ∠PF 2F 1

,则双曲线M 的离心率的取值范围为( )

A.?

????1,2+73 B.?

????1,2+73

C .(1,2) D.(]1,2

答案 A

解析 根据正弦定理可知sin ∠PF 1F 2sin ∠PF 2F 1=|PF 2|

|PF 1|,

所以|PF 2||PF 1|=a 3c ,即|PF 2|=a 3c

|PF 1|,

||PF 1

||-PF 2

=2a ,

所以????1-a 3c ||PF 1=2a ,解得||PF 1=6ac 3c -a , 而||PF 1>a +c ,即6ac 3c -a

>a +c ,

整理得3e 2

-4e -1<0,解得2-73

3

.

又因为离心率e >1,所以1

3

.

跟踪演练2 (1)(2019·北京市海淀区模拟)椭圆C 1:x 24+y 2=1与双曲线C 2:x 2a 2-y 2

b 2=1的离心

率之积为1,则双曲线C 2的两条渐近线的倾斜角分别为( ) A.π6,-π6 B.π3,-π3 C.π6,5π6 D.π3,2π

3 答案 C

解析 椭圆中a =2,b =1,所以c =3, 所以其离心率为

3

2

, 设双曲线的离心率为e ,则e ×3

2

=1, 得e =233

双曲线中e =c a =233,即c 2=4

3a 2,又c 2=a 2+b 2,

所以4

3

a 2=a 2+

b 2,得a =3b ,

双曲线的渐近线为y =±b a x ,即y =±3

3x ,

所以两条渐近线的斜率为k =±3

3,

倾斜角分别为π6,5π

6

.

(2)(2019·六安模拟)双曲线x 2a 2-y 2

b 2=1(a >b >0)的左焦点为F ,离心率为e ,过点F 且斜率为1的

直线交双曲线的渐近线于A ,B 两点,AB 中点为M ,若|FM |等于半焦距,则e 2等于( ) A. 3 B. 2 C.3或 2 D .3- 3 答案 B

解析 设双曲线的左焦点F (-c ,0), 则过F 点且斜率为1的直线方程为y =x +c ,

与渐近线方程y =±b a x 联立可得A ? ??

??ac b -a ,bc b -a ,B ? ??

??ac

-b -a ,-bc -b -a ,

故AB 中点坐标为M ? ??

??

a 2c

b 2-a 2,b 2

c b 2-a 2,

则有|FM |=

? ????a 2c b 2-a 2+c 2+? ????b 2

c b 2-a 22=2b 2c

a 2-b

2=c , 即a 2=(1+2)b 2,b 2=(2-1)a 2, c 2=a 2+b 2=

2a 2,e 2=

c 2

a 2

= 2. 热点三 圆锥曲线与圆、直线的综合问题 圆锥曲线与圆、直线的综合问题的注意点: (1)注意使用圆锥曲线的定义;

(2)引入参数,注意构建直线与圆锥曲线的方程组; (3)注意用好平面几何性质;

(4)涉及中点弦问题时,也可用“点差法”求解.

例3 (1)(2019·六安联考)已知双曲线C :x 2a 2-y 2

b 2=1(a >0,b >0)的左、右焦点分别为F 1,F 2,

右顶点为A ,以A 为圆心,OA (O 为坐标原点)为半径的圆与双曲线C 在第一象限的交点为P ,若PF 2⊥P A ,且|PF 1|=2|PF 2|,则双曲线C 的离心率为( ) A .1+ 5 B .1+ 3 C. 5 D. 3 答案 A

解析 由题意可得|OA |=a ,|AF 2|=c -a , 因为PF 2⊥P A , 所以|PF 2|=

(c -a )2-a 2=

c 2-2ac ,

又因点P 在双曲线的右支上, 所以|PF 1|-|PF 2|=2a , 因为|PF 1|=2|PF 2|, 所以|PF 2|=2a ; 因此

c 2-2ac =2a ,即c 2-2ac =4a 2,

所以e 2-2e -4=0,解得e =1±5, 因为e >1,所以e =1+ 5.

(2)(2019·南充模拟)已知直线x +y =1与椭圆x 2a 2+y 2

b 2=1(a >b >0)交于P ,Q 两点,且OP ⊥OQ (其

中O 为坐标原点),若椭圆的离心率e 满足33≤e ≤2

2

,则椭圆长轴的取值范围是( ) A .[5,6] B.????

52

,62 C.????54,32 D.????52,3 答案 A

解析 联立?????

x +y =1,

x 2a 2+y 2b 2=1,

(a 2+b 2)x 2-2a 2x +a 2-a 2b 2=0, 设P (x 1,y 1),Q (x 2,y 2),

Δ=4a 4-4(a 2+b 2)(a 2-a 2b 2)>0,化为a 2+b 2>1. x 1+x 2=2a 2

a 2+

b 2,x 1x 2=a 2-a 2b 2a 2+b 2.

∵OP ⊥OQ ,

∴OP →·OQ →

=x 1x 2+y 1y 2=x 1x 2+(x 1-1)(x 2-1) =2x 1x 2-(x 1+x 2)+1=0, ∴2×a 2-a 2b 2a 2+b 2-2a 2a 2+b 2+1=0.

化为

a 2+

b 2=2a 2b 2.∴b 2=

a 2

2a 2-1

. ∵椭圆的离心率e 满足33≤e ≤2

2

, ∴13≤e 2≤12

, ∴13≤a 2-b 2

a 2≤12,13≤1-12a 2-1≤12

, 化为5≤4a 2≤6, 解得 5 ≤2a ≤ 6. 满足Δ>0.

∴椭圆长轴的取值范围是[5,6].

跟踪演练3(1)(2019·合肥质检)已知椭圆x2

a2+y2

b2=1(a>b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,右顶点为A,上顶点为B,以线段F1A为直径的圆交线段F1B的延长线于点P,若F2B∥AP,则该椭圆的离心率是()

A.

3

3 B.

2

3 C.

3

2 D.

2

2

答案 D

解析因为点P在以线段F1A为直径的圆上,

所以AP⊥PF1,

又因为F2B∥AP,

所以F2B⊥BF1,

又因为|F2B|=|BF1|,

所以△F1F2B是等腰直角三角形,

因为|OB|=b,|OF2|=c,

所以b=c,|F2B|2=c2+b2=a2=2c2,

所以该椭圆的离心率e=c

a =2

2.

(2)(2019·内江、眉山等六市模拟)设点P是抛物线C:y2=4x上的动点,Q是C的准线上的动点,直线l过Q且与OQ(O为坐标原点)垂直,则点P到l的距离的最小值的取值范围是() A.(0,1) B.(0,1] C.[0,1]D.(0,2]

答案 B

解析 抛物线C 的准线方程是x =-1,

若点Q 的坐标为(-1,0),此时直线l 的方程为x =-1, 显然点P 到直线l 的距离的最小值是1, 若点Q 的坐标为(-1,t ),其中t ≠0, 则直线OQ 的斜率为k OQ =t -0

-1-0=-t ,

直线l 的斜率为k l =-1k OQ =1

t ,

直线l 的方程为y -t =1

t (x +1),

即x -ty +t 2+1=0,

设与直线l 平行且与抛物线C 相切的直线方程为 x -ty +m =0,

代入抛物线方程,得y 2-4ty +4m =0, 所以Δ=16t 2-16m =0,解得m =t 2,

所以与直线l 平行且与抛物线C 相切的直线方程为 x -ty +t 2=0,

所以点P 到直线l 的距离的最小值为直线x -ty +t 2+1=0与直线x -ty +t 2=0的距离, 即d =|t 2+1-t 2|12+t

2=

1

1+t 2

, 因为t 2>0,所以0

综合两种情况可知点P 到直线l 的距离的最小值的取值范围是(0,1].

真题体验

1.(2018·全国Ⅱ,文,6)双曲线x2

a2-y2

b2=1(a>0,b>0)的离心率为3,则其渐近线方程为()

A .y =±2x

B .y =±3x

C .y =±2

2x

D .y =±3

2

x

答案 A

解析 双曲线x 2a 2-y 2

b 2=1的渐近线方程为bx ±ay =0.

又∵离心率c

a

a 2+

b 2

a

=3, ∴a 2+b 2=3a 2,∴b =2a (a >0,b >0). ∴渐近线方程为2ax ±ay =0,即y =±2x .

2.(2018·全国Ⅱ,文,11)已知F 1,F 2是椭圆C 的两个焦点,P 是C 上的一点.若PF 1⊥PF 2,且∠PF 2F 1=60°,则C 的离心率为( ) A .1-

3

2 B .2-

3 C.3-12

D.3-1 答案 D

解析 在Rt △PF 1F 2中,∠PF 2F 1=60°,设椭圆的方程为x 2a 2+y 2

b 2=1(a >b >0),且焦距|F 1F 2|=

2c ,

则|PF 2|=c ,|PF 1|=3c ,

由椭圆的定义,可知2a =(1+3)c , 所以离心率e =c a =2

1+3

=3-1.

3.(2019·全国Ⅱ,文,12)设F 为双曲线C :x 2a 2-y 2

b 2=1(a >0,b >0)的右焦点,O 为坐标原点,

以OF 为直径的圆与圆x 2+y 2=a 2交于P ,Q 两点.若|PQ |=|OF |,则C 的离心率为( ) A. 2 B. 3 C .2 D. 5 答案 A

解析 如图,由题意知,以OF 为直径的圆的方程为????x -c 22+y 2=c

2

4

①,将x 2+y 2=a 2记为②式,

①-②得x =a 2c ,则以OF 为直径的圆与圆x 2+y 2=a 2的相交弦所在直线的方程为x =a 2

c ,

所以|PQ |=2

a 2-

???

?a 2

c 2.

由|PQ |=|OF |,得2a 2-

???

?a 2

c 2=c ,整理得c 4-4a 2c 2+4a 4=0,即e 4-4e 2+4=0,解得e =2,故选A.

押题预测

1.双曲线x 2a 2-y 2

b 2=1(a >0,b >0)的一条渐近线与直线x -2y +1=0平行,则双曲线的离心率为

( ) A. 5 B.52 C.3

2

D. 3 答案 B

解析 由双曲线的渐近线与直线x -2y +1=0平行, 可得双曲线的渐近线的方程为y =1

2x ,

即b a =12

, 所以双曲线的离心率为 e =c a

=a 2+b 2

a 2

=1+????b a 2=

1+14=5

2

. 2.已知抛物线C :y 2=2x ,过原点作两条互相垂直的直线分别交C 于A ,B 两点(A ,B 均不与坐标原点重合),则抛物线的焦点F 到直线AB 距离的最大值为( ) A .2 B .3 C.3

2 D .4

答案 C

解析 设A (2t 21,2t 1),B (2t 2

2,2t 2).

由OA ⊥OB ,得2t 12t 21·2t 2

2t 22=-1,得出t 1t 2=-1.

当直线AB 的斜率不存在时,2t 1+2t 2=0, 此时t 1=-t 2,

则AB 的方程为x =2,焦点F 到直线AB 的距离为2-12=3

2,

∵k AB =2t 1-2t 22t 21-2t 22=1

t 1+t 2,

得直线AB 的方程为y -2t 1=1

t 1+t 2

(x -2t 21). 即x -(t 1+t 2)y -2=0. 令y =0,解得x =2. ∴直线AB 恒过定点D (2,0).

∴抛物线的焦点F 到直线AB 的距离小于3

2,

综上,焦点F 到直线AB 距离的最大值为3

2

.

3.已知双曲线x 2a 2-y 2

b 2=1(a >0,b >0),过原点的直线与双曲线交于A ,B 两点,以AB 为直径

的圆恰好过双曲线的右焦点C ,若△ABC 的面积为2a 2,则双曲线的渐近线方程为( ) A .y =±2

2x

B .y =±2x

C .y =±3

3x

D .y =±3x

答案 B

解析 ∵以AB 为直径的圆恰好经过双曲线的右焦点C , ∴以AB 为直径的圆的方程为x 2+y 2=c 2,

设B 点在第一象限,坐标为(x ,y ),且到x 轴的距离为h , 由对称性知△ABC 的面积 S =2S △OBC =2×1

2ch =ch =2a 2,

即h =2a 2c ,即B 点的纵坐标为y =2a 2

c ,

则由

x 2+

????2a 2c 2=c 2,得x 2=c 2-????2a 2

c 2=c 2-4a 4

c 2

, 因为点B 在双曲线上,则

c 2-

4a 4c 2a 2-4a 4

c 2

b

2=1,

即c 2a 2-4a 2c 2-4a 4

c 2(c 2-a 2)

=1, 即c 2a 2-4a 2c 2? ??

??1+a 2c 2-a 2=1, 即c 2a 2-4a 2c 2·c 2c 2-a 2=1, 即c 2a 2-4a 2c 2-a 2

=1, 即c 2a 2-1=4a 2

c 2-a 2=c 2-a 2a 2, 得4a 4=(c 2-a 2)2,

即2a 2=c 2-a 2,得3a 2=c 2,得c =3a ,b =2a . 则双曲线的渐近线方程为y =±b

a

x =±2x .

A 组 专题通关

1.(2019·岳阳模拟)已知抛物线y 2

=-45x 的准线l 经过双曲线x 2a 2-y 2

b

2=1(a >0,b >0)的一个

焦点F ,且该双曲线的一条渐近线经过点P (1,-2),则该双曲线的标准方程为( ) A.x 24-y 2

=1 B .x 2-

y 2

4

=1 C.x 24-y 2

2=1 D.x 22-y 2

4

=1 答案 B

解析 抛物线y 2=-45x 的准线为x =5,

所以,双曲线的焦点F (5,0),即c =5, 双曲线的一条渐近线经过点P (1,-2), 则-b

a

=-2,

再由c 2=a 2+b 2,可得a 2=1,b 2=4,c 2=5, 因此所求的双曲线的标准方程为

x 2-

y 2

4

=1. 2.(2019·北京市海淀区模拟)抛物线W :y 2=4x 的焦点为F ,点A 在抛物线上,且点A 到直线x =-3的距离是线段AF 长度的2倍,则线段AF 的长度为( ) A .1 B .2 C .3 D .4 答案 B

解析 依题意,得F (1,0),抛物线的准线为x =-1, 线段AF 的长等于点A 到准线x =-1的距离, 因为点A 到直线x =-3的距离是线段AF 长度的2倍,

所以点A 到直线x =-3的距离是点A 到准线x =-1的距离的2倍, 设A 点横坐标为x 0,则有x 0+3=2(x 0+1),解得x 0=1, 所以|AF |=1-(-1)=2.

3.(2019·江西九校联考)两个正数a ,b 的等差中项是5,等比中项是26,则双曲线x 2a 2-y 2b 2=

1(b >a >0)的离心率等于( ) A.

133 B.132 C.32

D .2 答案 B

解析 由题设知????

?

a +

b =10,

ab =24,

a >0,

b >0,b >a ,

解得a =4,b =6,

∴c =213,∴e =c a =13

2

.

4.(2019·邯郸模拟)位于德国东部萨克森州的莱科勃克桥(如图所示)有“仙境之桥”之称,它

的桥形可以近似地看成抛物线,该桥的高度为5 m ,跨径为12 m ,则桥形对应的抛物线的焦点到准线的距离为( )

A.2512 m

B.256 m

C.95 m

D.185 m 答案 D

解析 以桥顶为坐标原点,桥形的对称轴为y 轴建立直角坐标系xOy ,结合题意可知,该抛物线x 2=-2py (p >0)经过点(6,-5),则36=10p ,解得p =18

5,故桥形对应的抛物线的焦点

到准线的距离为p =18

5

.

5.(2019·天津市和平区质检)设双曲线mx 2+ny 2=1的一个焦点与抛物线y =1

8x 2的焦点相同,

离心率为2,则抛物线的焦点到双曲线的一条渐近线的距离为( ) A .2 B. 3 C .2 2 D .2 3 答案 B

解析 ∵抛物线x 2=8y 的焦点为(0,2), ∴mx 2+ny 2=1的一个焦点为(0,2), ∴焦点在y 轴上, ∴a 2=1n ,b 2=-1

m

,c =2.

根据双曲线三个参数的关系得到4=a 2+b 2=1n -1m ,

又离心率为2,即4

1n

=4,

解得n =1,m =-1

3

∴此双曲线的渐近线方程为y 2

-x 2

3

=0,

则双曲线的一条渐近线方程为x -3y =0,

则抛物线的焦点(0,2)到双曲线的一条渐近线的距离为d =

|23|1+3

= 3.

6.设椭圆x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的焦点为F 1,F 2,P 是椭圆上一点,且∠F 1PF 2=π

3,若△F 1PF 2

的外接圆和内切圆的半径分别为R ,r ,当R =4r 时,椭圆的离心率为( ) A.45 B.23 C.12 D.2

5 答案 B

解析 椭圆x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的焦点为F 1(-c ,0),F 2(c ,0),P 为椭圆上一点,且∠F 1PF 2=π3,

|F 1F 2|=2c ,根据正弦定理,得|F 1F 2|sin ∠F 1PF 2

=2c

sin π3=2R ,

∴R =233c ,

∵R =4r ,∴r =

36

c , 由余弦定理,得

()2c 2=|PF 1|2+|PF 2|2-2|PF 1||PF 2|cos ∠F 1PF 2,

由|PF 1|+|PF 2|=2a ,∠F 1PF 2=π

3,

可得|PF 1||PF 2|=

43

()

a 2-c 2

, 则由三角形面积公式12()

|PF 1|+|PF 2|+|F 1F 2|·r =1

2

|PF 1||PF 2|sin ∠F 1PF 2,

可得()

2a +2c ·36c =43()

a 2-c 2·3

2

整理得3c 2+ac -2a 2=0, 即3e 2+e -2=0, ∵0

3

.

7.(2019·六安联考)已知直线l :x +y =3与x 轴,y 轴分别交于点A ,B ,点P 在椭圆x 22+y

2

=1上运动,则△P AB 面积的最大值为( ) A .6 B.3(3+2)

2

C.3(3-3)2

D.3(3+3)2

答案 D

解析 因为l :x +y =3与x 轴,y 轴分别交于点A ,B , 所以A (3,0),B (0,3),因此|AB |=32, 又点P 在椭圆x 22+y 2

=1上运动,

所以可设P (2cos θ,sin θ), 所以点P 到直线l 的距离为

d =|2cos θ+sin θ-3|2=|3sin (θ+φ)-3|2

|-3-3|2=3+32

(其中tan φ=2), 所以S △P AB =1

2|AB |d ≤3(3+3)2

.

8.(2019·泸州模拟)双曲线C :x 2a 2-y 2

b 2=1(a >0,b >0)的左、右焦点分别为F 1,F 2,过F 1的直

线与圆x 2+y 2=a 2相切,与C 的左、右两支分别交于点A ,B ,若|AB |=|BF 2|,则C 的离心率为( ) A.5+2 3 B .5+2 3 C. 3 D. 5

答案 A

解析 由双曲线的定义可得|BF 1|-|BF 2|=2a ,

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