数学 NAVI テキスト 中学3年 第5章 図形の計量

数学 NAVI
テキスト
中学3年
第5章 図形の計量
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2
中学3年
第5章
図形の計量
MAP
10.相似な図形の体積比
8.すい体と球の求積
9.相似な図形の面積比
計量と相似
7.円とおうぎ形
5.空間図形への応用
三平方の定理の応用
6.座標への応用
4.平面図形への応用
3.特別な直角三角形
2.三平方の定理の逆
三平方の定理
1.三平方の定理
3
例題
例題1
右の図は、正方形 CDEF を4つの合同な三角形と1つの正
Q
F
E
方形に分けたものです。
BC= a 、CA= b 、AB= c として、 a + b = c が成り立つことを
2
2
2
B
証明しなさい。
c
a
C
(ア)
(イ)
x cm
6cm
D
b A
下の図で、 x の値を求めなさい。
例題2
P
(ウ)
x cm
13cm
x cm
6cm
9cm
5cm
8cm
下の図で、 x の値を求めなさい。
例題3
(ア)
(イ)
A
A
6cm
B
例題4
x cm
2 6 cm
4cm
C
D B
x cm
8cm
10cm
C
6cm
8cm
D
3辺の長さが次のような三角形のうち、直角三角形をすべて選びなさい。
(ア)4cm、5cm、6cm
(イ)2cm、3cm、 13 cm
(ウ) 2 3 cm、 2 3 cm、 2 6 cm
例題5
3辺の長さが m − n 、2mn 、m + n で表される三角形は、直角三角形であることを証
2
2
2
2
明しなさい。ただし m > n > 0 とします。
4
例題6
下の図で、 x の値を求めなさい。
(ア)
(イ)
A
C
6cm
x cm
60°
A
45°
B
例題7
B
x cm
C
3cm
下の図で、 x の値を求めなさい。
(ア)
長方形
(イ)
正方形
x cm
x cm
4cm
8cm
45°
10cm
例題8
下の図で、 x の値と三角形の面積を求めなさい。
(ア)
二等辺三角形
10cm
(イ)
正三角形
x cm
x cm
6cm
例題9
6cm
下の図で、 x の値を求めなさい。
(ア)
台形
(イ)
4cm
A
4cm
B
D
A
x cm
6cm
台形
5cm
B
C
5
4cm
x cm
D
5cm
10cm
C
例題 10
2点 A(5,4)、B(−1,1)の間の距離を求めなさい。
例題 11
頂点の座標が A(−4,−5)、B(3,−1)、C(−1,1)である△ABC はどのよう
な三角形ですか。
例題 12
D
右の図のような直方体の対角線 AG の
C
3cm
長さを求めなさい。
A
B
4cm
H
G
E
例題 13
F
5cm
右の図のような正四角錐の体積を求めなさい。
O
9cm
D
C
6cm
A
例題 14
B
6cm
右の図のような底面が正三角形である三角柱
があります。この正三角柱の頂点 A、E、F を通る平面で
A
8cm
この立体を切るとき、△AEF の面積を求めなさい。
C
6cm
B
D
F
E
例題 15
次の問いに答えなさい。
(ア)半径6cm、中心角 150°のおうぎ形の弧の長さと面積を求めなさい。
(イ)半径9cm、弧の長さ 6π cm のおうぎ形の中心角と面積を求めなさい。
6
例題 16
右の図のように、底面の半径が8cm、母線の長さが 18cm
の円錐があります。次の問いに答えなさい。
(ア)表面積を求めなさい。
(イ)体積を求めなさい。
例題 17
右の図は、半径3cm の球を半分に切ってできる立体
3cm
です。この立体の体積と表面積を求めなさい。
例題 18
右の図で AD:DB=2:3、DE//BC です。次の問い
A
に答えなさい。
(ア)△ADE と△ABC の面積の比を求めなさい。
2
(イ)台形 DBCE の面積が 42cm2 のとき、△ADE の面積を求め
D
なさい。
E
3
B
例題 19
右の図のように、底面の半径が 10cm、高さが 24cm の
円錐の形をした容器があります。この容器に 12cm の深さまで水
を入れたとき、次の問いに答えなさい。
(ア)水面の円の半径は何 cm ですか。
(イ)この水の体積は、容器の何分のいくつですか。
7
C
練習問題
練習1
次の図で、 x の値を求めなさい。
(ア)
(イ)
A
C
15
B
練習2
3
A
C
x
11
5
次の図で、 x の値を求めなさい。
(ア)
(イ)
A
A
x
10
B
練習3
B
x
6
D
7
2 7
C
5
B
x
C
5
D
次の図で、 x の値を求めなさい。
(ア)
(イ)
A
A
x
9
x
4
B
2
D
3
C
B
4
D 2
C
練習4
3辺の長さが 2 6 , 2 6 , 4 3 の三角形はどのような三角形ですか。
練習5
3辺の長さが次のような三角形のうち、直角三角形をすべて選びなさい。
(a)4,5,6
練習6
(b) 6 ,4, 22
(c)
3
2 1
, ,
10 5 2
3辺の長さが次のような三角形を(a)直角三角形,(b)二等辺三角形,(c)直角二等
辺三角形に分け、それぞれ記号で答えなさい。
(ア) 6 , 6 ,4
(イ)2, 5 ,3
8
(ウ) 2 , 2 ,2
n 2+1, n 2−1, 2n を3辺の長さとする三角形は、直角三角形であることを証明しなさ
練習7
い。ただし、 n は n > 1 の整数とします。
練習8
次の図で、 x の値を求めなさい。
(ア)
(イ)
A
B
6
x
30°
C
A
x
5
45°
B
C
次の図で、 x の値を求めなさい。
練習9
(ア)
(イ)
B
C
45°
x
10
A
C
60°
B
4
A
x
次の図で、 x の値を求めなさい。
練習 10
(ア)
(イ)
A
A
x
x
B
4
45°
60°
D
6
C
B
D
45°
60°
C
次の図で、 x の値を求めなさい。
練習 11
(ア)
(イ)
A
A
10
B
x
H
12
10
10
B
C
9
x
H
10
10
C
練習 12
次の図で、 x の値を求めなさい。
(ア)
長方形
(イ)
A
D
B
4
C
3
x
B
C
6
次の図で、 x の値を求めなさい。
(イ)
4
A
B
台形
D
x
7
A
5
C
7
D
x
4
B
4
C
11
次の図で、 x の値を求めなさい。
(ア)
A
(イ)
10
D
E
6
x
A
D
12
B
30°
E
x
4
6
練習 15
D
3
(ア)
練習 14
A
x
1
練習 13
台形
18
C
C
B
右の図で、対角線 AG の長さを求めなさい。
D
C
A
B
5
H
G
6
E
10
8
F
練習 16
D
右の図の直方体で、P は辺 BF 上の点
C
A
です。AP+PG が最小になるとき、AP+PG の長
B
さを求めなさい。
6
P
H
G
4
E
練習 17
8
F
右の図は、1辺の長さが8の立方体です。3
口の面積を求めなさい。
8
D
点 C,D,F を通る平面でこの立方体を切るとき、切り
C
A
B
H
G
E
練習 18
次の2点 A,B の間の距離を求めなさい。
(ア)A(2,1)
練習 19
B(5,7)
(イ)A(−2,4)
B(3,−1)
(イ)A(−1,3)
B(11,−2)
次の2点 A,B 間の距離を求めなさい。
(ア)A(3,4)
練習 20
F
B(4,6)
A(−2,1)
B(2,−3)
C(4,3)を頂点とする△ABC はどのような三角形
ですか。
練習 21
次のおうぎ形の面積を求めなさい。
(ア)
(イ)
6
10
240°
72°
11
練習 22
次のおうぎ形の面積を求めなさい。
(ア)
AB=6 π
(イ)
AB=5 π
A
O
A
24
O
B
B
練習 23
右の図の円すいの表面積を求めなさい。
練習 24
下の図の円すいの体積を求めなさい。
(ア)
(イ)
展開図
6
練習 25
6
右の立体について、次の問いに答えなさい。
(ア)体積を求めなさい。
(イ)表面積を求めなさい。
12
240°
・
練習 26
右の図形を直線 l を軸として回転したときにできる
l
立体について、次の問いに答えなさい。
(ア)できた立体の体積を求めなさい。
(イ)できた立体の表面積を求めなさい。
6
6
練習 27
右の図の AD//BC の台形 ABCD で、△AOD の
A
面積が8、△COB の面積が 18 のとき、AD:CB を求め
D
なさい。
O
B
練習 28
C
右の図で、AD:DB=4:1、DE//BC です。△ADE
と△ABC の面積の比を求めなさい。
A
4
D
1
E
B
練習 29
C
右の図は、△ABC の辺 AB を3等分する点を A
A
から近い方から順に D,E とし、DF//EG//BC となっていま
す。このとき、△ADF と台形 DEGF と台形 EBCG の面積
の比を求めなさい。
D
E
B
13
F
G
C
練習 30
右の図で、円柱 P と円柱 Q は相似です。次の問いに答えなさい。
(ア)P と Q の表面積の比を答えなさい。
(イ)P と Q の体積の比を求めなさい。
練習 31
右の図で、点 C,D は母線 OA の3等分点です。この
円すいを点 C,D を通り底面に平行な平面で切って X,Y,Z の
3つの立体に分けました。立体 X,Y,Z の体積比を求めなさい。
14
入試問題−標準問題
問1
右の図の△ABC の面積を求めなさい。ただし、無理数は根号
A
をつけたままで答えなさい。(福島県)
6cm
135°
B
問2
3cm
C
右図のように、一辺の長さが6cm の立方体の隣り合う辺の
中点どうしをすべて結び、四角形と三角形で囲まれた立体 T
6cm
を作るとき、次の問いに答えなさい(国立高専)
(ア)立体 T は何面体ですか。
(イ)立体 T の体積を求めなさい。
(ウ)立体 T の表面積を求めなさい。
問3
右図のような台形 ABCD があります。AD= 2a ,CD
A
= 3a ,BC= 4a ,∠ BCD= 90° とするとき、次の問いに
2a
D
答えなさい。
(駒澤大学)
(ア)AB の長さを求めなさい。
3a
(イ)AC と BD の交点を O とするとき、△OAB と△ODC
の面積比を求めなさい。
(ウ)台形 ABCD を DC を軸に回転させたときにできる
立体の体積を求めなさい。ただし、円周率は π とし
B
4a
ます。
問4
右図のように、一辺の長さが1cm の正方形に高さが1cm
の正三角形が重なっているとき、斜線部の面積を求めなさい。
(成城)
15
1cm
C
問5
右図のように AB=3cm,BC=4cm の長方形 ABCD
A
D
があります。この長方形を対角線 BD を軸として 180°回
転させてできた立体の体積を、円周率 π を用いて求めな
さい。(山口県)
3cm
B
問6
C
4cm
正四面体 ABCD において、AB,AD の中点をそれぞれ E,G とし、
A
辺 AC を2:1の比に分ける点を F とします。このとき正四面体 ABCD
と四面体 AEFG の体積の比を最も簡単な整数の比で表しなさい。(和洋
E・
国府台女子)
・G
・F
B
D
C
問7
C
右図は、3つの長方形 ADEB,BEFC,ADFC
5cm
を側面とし、 ∠ C= ∠ F=90°の2つの直角三角
形 ABC,DEF を底面とする三角柱です。この図
A
で、G は辺 BC 上の点で BG=2GC です。この三
角柱を平面 AEG で切って2つの立体にします。
AB=13cm,AC=5cm,AD=9cm のとき2つの
9cm
B
F
立体のうち A,G,C,D,E,F を頂点とする立
体の体積を求めなさい。
(愛知県)
D
13cm
E
問8
図Ⅰのように正四角柱 ABCD−EFGH の側面に沿って、A から E まで糸をらせん状に2回まきま
す。糸の長さが最短になるときの糸の跡を図Ⅱの展開図に書きなさい。また、このとき糸の長さを
求めなさい。ただし、AE=10cm,EF=3cm とします。(福井県)
A
D
図Ⅰ
図Ⅱ
D
C
A
A
B
C D
B
A
10cm
H
E 3cm F
G
E
16
F
G
E
H
H
E
問9
図のように大きい正三角形から小さい正三角形を取り除いて
できた図形があります。この図形の面積は取り除いた正三角形の
面積の3倍で、周の長さは 56cm です。取り除いた正三角形の一
辺の長さを求めなさい。
(広島県)
問10
図Ⅰにおいて、線分 PQ は1辺の長さが6cm の正方形
ABCD の対角線の交点 O を通り、平面 ABCD に垂直であ
・P
図Ⅰ
り、また OP=OQ=OA とします。次に、6個の点 P,A,
D
C
B,C,D,Q を頂点とする図Ⅱのような立体を作ります。
O
このとき、次の問いに答えなさい。
(佐賀県)
(ア)PA の長さを求めなさい。
A
B
(イ)この立体の表面積を求めなさい。
・Q
(ウ)辺 PA,PB,PC,PD,QA,QB,QC,QD のそれ
ぞれの中点を順に E,F,G,H,I,J,K,L とする
ときこの8個の点を頂点とする直方体の体積を求め
P
図Ⅱ
なさい。
C
D
A
B
Q
問11
右の図Ⅰは、1辺の長さが4cm の立方体 ABCD−EFGH です。
図Ⅰ
次の問いに答えなさい。
(大分県)
D
(ア)図Ⅰにおいて、線分 AG の長さを求めなさい。
C
A
B
(イ) 図Ⅰの立方体をいろいろな平面で切るとき、その切り口は
いろいろな形になります。図Ⅱは切り口(斜線の部分)の図形
H
が四角形になる例です。図Ⅰの立方体を一つの平面で切ったと
きにできる切り口の図形のうち最も多い辺をもつ多角形を図
Ⅱの例にならって図Ⅲの立方体に書きなさい。
図Ⅲ
図Ⅱ
17
E
G
F
(ウ)図Ⅳは図Ⅰの立方体を1つの平面で切ってできた2つの立体
図Ⅳ
1cm
立面図
のうち一方の立体の投影図です。この立体の体積を求めなさい。
平面 図
1cm
1cm
問12
右の図の立体は、1 辺の長さが6cm の立方体 CDEF−GHIJ の上に
B
AC=AD= 3 2 cm の三角柱 ACD−BFE を重ねたものです。ただし、
5点 A,C,G,H,D は同じ平面上にあります。このとき、次の問
A
いに答えなさい。(岡山県)
F
(ア)線分 BC の長さを求めなさい。また3点 B,C,E を頂点とす
E
C
D
る三角形において ∠ CBE の大きさを求めなさい。
(イ)3点 B,E,H を通る平面でこの立体を切るときその切り口は
J
I
どのような形になりますか。その概形を書きなさい。
G
(ウ)3点 B,E,H を頂点とする三角形の面積を求めなさい。
問13
右図のような三角柱 ABC−DEF において底面 DEF は DE=
H
C
B
DF=2cm、 ∠ EDF= 120° の二等辺三角形です。AD 上に点 P
120°
をとるとき、次の問いに答えなさい。(北豊島)
A
(ア)△ABC の面積を求めなさい。
(イ)△PBC が直角三角形( ∠ CPB= ∠ R)となるとき、AP
・P
の長さを求めなさい。
(ウ)△PBC が正三角形になるとき、三角すい A−PBC の体積
F
を求めなさい。
E
2cm
2cm
D
18
問14
右図のような直線 l を対称の軸とする線対称の形をし
45°
たシールがはられています。これを先端 P から折り目と l
が垂直に交わるようにはがしていきます。P から折り目ま
での距離を x cm シールをはがした後の部分(図の斜線の
2
部分)の面積を y cm として次の問いに答えなさい。
3cm
x cm
5cm
P
2cm
(岐阜県)
(ア) x の変域を次の①,②とするとき、 x と y の関係
45°
を式で表しなさい。
①
0≦ x ≦2のとき
②
2≦ x ≦5のとき
y(cm2)
(イ)シールのはがし始めてからはがし終わるまでの x
と y の関係を表すグラフを書きなさい。
(ウ)(イ)のグラフで表された関数で x の値が次の①〜
③のように増加するとき、変化の割合が最も大きく
10
なるのはどれですか。一つ選んで番号を書きなさい。
①
0から1まで
③
2から5まで
②1から2まで
O
問15
右の図は、1辺8の正方形 ABCD で BC 上に BE の長さが
x
5
A
D
6となる点 E をとります。また AE に点 D から垂線をおろし、
その交点を F とするとき、四角形 DFEC の面積を求めなさい。
(岩倉)
8
B
19
F
6
E
C
l
入試問題−発展問題
問1
右の図のように一辺が、4cm の立方体があります。頂点 B から
D
平面 AFC にひいた垂線の長さを求めなさい。(駿台甲府)
C
A
B
4cm
H
G
E
問2
右の図のように平行四辺形 ABCD において AD の
とします。また、BE と CA,CF との交点をそれぞれ
D
・
8cm
・
G
6cm
F
点 G,H とします。 ∠ BAC= 90° ,AB=6cm,AC
(ア)AF:FB を最も簡単な整数の比で表しなさい。
E
A
中点を E とし ∠ ACB の2等分線と AB との交点を F
=8cm のとき、次の問いに答えなさい。(北豊島)
F
H
・
・
B
C
(イ)BH:HE を最も簡単な整数の比で表しなさい。
(ウ)FH の長さを求めなさい。
問3
右図は AB=3cm,AE=BF=6cm,EH= 3 3 cm,EF=9cm,
D
∠ AEF= ∠ BFE=60°の立体 ABCD−EFGH で2つの面 AEFB,
A
DHGC は同じ台形で他の4つの面はすべて長方形です。このと
きこの立体について、次の問いに答えなさい。
(福岡大附大濠)
(ア)対角線 AG の長さを求めなさい。
(イ)この立体の表面を通って A から G まで行くとき、最短距
C
B
3cm
6cm
H
60°
3 3 cm 60°
E
F
9cm
G
離を求めなさい。
(ウ)立体 ABCD−EFGH の体積を求めなさい。
問4
右図のように一辺の長さが2cm の正四面体 O−ABC が
O
あります。辺 AB:OC の中点をそれぞれ M,N とすると
き、次の問いに答えなさい。(日大習志野)
(ア)面 ABN と面 OBC の交線の長さを求めなさい。
2cm
・N
(イ)頂点 O から底面 ABC に垂線 OH を引き、面 ABN
との交点を D とするとき、線分 AD の長さを求めなさ
い。
A
C
・
M
B
20
問5
右の図のように、一辺の長さ2の立方体 ABCD−EFGH があ
A
ります。辺 FG,GH のそれぞれの中点と頂点 A を通る平面と辺
BF との交点を I とするとき、次の問いに答えなさい。
D
2
B
C
(ア)線分 IF の長さを求めなさい。
(イ)立方体をこの平面で2つに切り分けたとき、頂点 E を含
む立体の体積を求めなさい。
I
E
H
F
問6
G
図のように正方形 OABC の辺 AB 上に点 S を、線分 OS が正
y
方形の面積を2:1の比に分けるようにとります。O を原点、
B
A(2,1)とするとき、次の各問いに答えなさい。(白陵)
S
(ア)直線 AB の方程式を求めなさい。
C
(イ)線分 OS の長さを求めなさい。
A
(ウ)直線 OS の方程式を求めなさい。
x
O
問7
右図のように BA= 2 3 cm、BC= 3 3 cm、BF=4cm
D
の直方体 ABCD−EFGH があります。この直方体をある平
面で切ったところ切り口が PQ=PR=2cm、QR= 6 cm
である二等辺三角形 PQR になりました。次の問いに答え
A
C
H
なさい。(早稲田実業)
R
Q
(ア)三角すい B−PQR の体積を求めなさい。
(イ)点 C を通り平面 PQR に平行な平面と平面 PQR とで
B
E
G
はさまれた部分の体積を求めなさい。
P
F
問8
右図において、△ABC は二等辺三角形で AB=AC=
E
17 です。また CD=15,AD=AE=BF=BG であり、CD,
AE,BF はいずれも直線 DG に垂直です。弧 DE,FG は
D
F
A
いずれも円周の一部で中心はそれぞれ A,B となってい
ます。円周率を π として次の問いに答えなさい。(武蔵)
B
(ア)BC の長さを求めなさい。
G
(イ)点 G から直線 BC におろした垂線の長さを求めなさい。
(ウ)図形 CDEFG の全周の長さを求めなさい。
21
C
問9
体積が 27(cm3)である立方体 ABCD−EFGH において、AE,
FG,AD 上に、AP:PE=FQ:QG=AR:RD=2:1を満たす点 P,
・
D
C
R
Q,R があります。3点 P,Q,R を通る平面で立方体を2つの立
A
B
体に分割するとき、次の問いに答えなさい。(江戸川学園取手)
(ア)切り口の周の長さを求めなさい。
・
(イ)切り口の図形の面積を求めなさい。
P
H
・Q G
(ウ)分割された2つの立体のうち頂点 H を含む方の体積を求め
E
なさい。
F
問10 右図のように立方体 ABCD−EFGH において辺 AE,EF,
D
FG,GC,CD,DA の中点をそれぞれ I,J,K,L,M,N
M
・
・
N
とします。このとき6点 I,J,K,L,M,N は同一平面上
A
にあります。IK= 6 のとき、次の問いに答えなさい。
(早大本庄)
C
I
・
(ア) 立方体の一辺の長さを求めなさい。
・L
B
H
(イ) I,J,K,L,M,N を含む平面で立方体を切ったと
E
き切り口の面積 S を求めなさい。
・
J
(ウ) 四角形 AEGC を一つの面と考え、この面を DH を軸
・K
G
F
に1回転されたときにできる立体の体積 V を求めな
さい。ただし、円周率は π を用いなさい。
問11 右図のように、二等辺三角形 ABC の頂点 A から底面
BC に垂線 AH を引きます。AB 上に点 D、BH 上に点 E
A
をとり、AH に関して D,E と対称な点をそれぞれ G,F
としたとき五角形 ADEFG の辺の長さがすべて等しくな
D
・
りました。AB=6,BC=8とするとき、次の問いに答
・G
えなさい。(早大高等学院)
(ア) D から BH に垂線 DI を引き AD= x とするとき
B
I E
H
C
F
DI を x の式で表しなさい。
(イ) 五角形 ADEFG の一辺の長さを求めなさい。
問12 1辺の長さが1の正方形 ABCD を、頂点 D が辺 AB 上の点 E に
重なるように GH を折り目として折り曲げます。そして他の点も図
A
のように記号を決めるとき、次の問いに答えなさい。(慶應女子)
1
のとき、AG:GD を整数の比で表しなさい。
4
(イ) AE= t とおくとき、GD,HC の長さを t を用いて表しなさい。
G
D
M
E
(ア) AE の長さが
(ウ) 四角形 GEFH の面積が
7
のとき、AE の長さを求めなさい。
18
22
B
H
N
F
C
問13 右図の長方形 ABCD で AG,CE は対角線 BD に垂直
で EF,GH は BD に平行です。AD= x ,AB= y( x > y )
x
A
E
D
として長方形 EFGH の面積 S を x ,y を用いて表す式を
作りなさい。
(関西学院)
y
F
H
B
C
G
問14 右図のように、一辺の長さが4cm の立方体から3つの頂点 D,
E,F から上の部分を切り取った容器があります。切り口の△DEF
C
D
F
を上に、水平にして水を入れます。頂点 O から水面にひいた垂線
の足を H とするとき、次の問いに答えなさい。
(大阪星光)
O
・
(ア) 水面と3辺 OA,OB,OC との交点を P,Q,R とし、OP
= l cm(0< l ≦4)のとき、△PQR の面積と水の深さ OH
A
E
を l の式で表しなさい。
(イ) 水の深さが OH=
(ウ) 水の深さが OH=
2
3
5
B
D
cm のとき、水面の面積を求めなさい。
C
B
cm のとき、水面の表面の形は何角形
Q
3
R
・
ですか、また水面の面積を求めなさい。
O
P
E
F
A
問15 1辺の長さが 12cm の立方体 ABCD−EFGH があり、線分 BD
A
の中点を M とします。右図の△BDP は、線分 BD を一辺とする
正三角形を辺 BD を軸として回転させたものであり、点 Q は面
D
・
M
B
C
BDP と辺 CG との交点です。このとき次の問いに答えなさい。
(筑波大学附)
(ア) CQ= 2 6 cm のところで、△BDP を固定するとき△BDP
E
・・P
Q
のうち立方体の外側に出ている部分の面積を求めなさい。
(イ) MQ=QG となる点で△BDP を固定するとき、CQ の長さ
F
H
G
を求めなさい。
(ウ) (イ)のとき、三角すい P−BDG のうち立方体の外側に出ている部分の体積を求めなさい。
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