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文档简介
青岛版七年级数学下册《同底数幂的除法》教案
一、设计理念与理论依据
(一)核心素养导向的教学观
本教学设计以《义务教育数学课程标准(2022年版)》为根本遵循,立足于发展学生的数学核心素养。同底数幂的除法作为“数与代数”领域的重要内容,不仅是幂的运算体系的关键一环,更是培养学生运算能力、推理意识、抽象能力的优质载体。本节课的设计超越单纯的技能训练,着力于引导学生理解运算的算理,把握运算的本质,构建完整的幂的运算认知结构。通过从具体到抽象、从特殊到一般的数学化过程,让学生经历法则的发现、归纳、表达与论证,体验数学的理性精神与探究乐趣。
(二)单元整体教学视角
本节课是“幂的运算”单元的第四课时,在单元整体中具有承上启下的枢纽地位。承上,它建立在同底数幂的乘法、幂的乘方、积的乘方三大法则之上,是幂的运算性质的自然拓展与完善;启下,它为后续学习零指数幂与负整数指数幂、科学记数法乃至分式的运算奠定不可或缺的基础。因此,教学设计将置于单元脉络中审视,注重法则间的内在逻辑关联,帮助学生构建系统化、结构化的知识网络,实现从“课时教学”到“单元学习”的转变。
(三)认知建构主义学习观
依据皮亚杰的认知发展理论和维果茨基的“最近发展区”理论,七年级学生正处于从具体运算阶段向形式运算阶段过渡的关键期。他们已具备一定的抽象思维能力,但仍需依托具体实例和直观经验。本设计通过创设具有认知冲突的现实或数学情境,激发学生的探究动机;设计层层递进的问题串和探究活动,搭建思维“脚手架”,引导学生在自主探索、合作交流中主动建构知识意义,实现数学理解从“知其然”到“知其所以然”的飞跃。
二、学情深度分析
(一)知识起点分析
学生在前三课时已经系统学习了:
1.同底数幂的乘法法则:a
m
⋅
a
n
=
a
m
+
n
a^m\cdota^n=a^{m+n}
am⋅an=am+n(m,n为正整数)。学生已熟练运用该法则进行计算,并理解其“底数不变,指数相加”的算理。
2.幂的乘方法则:(
a
m
)
n
=
a
m
n
(a^m)^n=a^{mn}
(am)n=amn(m,n为正整数)。
3.积的乘方法则:(
a
b
)
n
=
a
n
b
n
(ab)^n=a^nb^n
(ab)n=anbn(n为正整数)。
学生已经历了从具体算式归纳一般法则的过程,初步掌握了研究幂的运算性质的基本路径(观察算式特征→提出猜想→举例验证→归纳法则)。同时,学生具备扎实的整数乘除法运算能力和指数概念的理解基础。
(二)思维与能力分析
优势:七年级学生好奇心强,乐于接受挑战,具备初步的观察、比较、归纳能力。在教师的引导下,能够进行简单的类比推理(如由乘除互逆关系猜想除法法则)。
潜在困难与障碍:
1.法则的抽象与符号化:从具体数字运算抽象到用字母表示的一般化法则,部分学生可能存在理解困难。
2.指数相减的算理理解:为何除法对应指数相减?这需要深刻理解乘除互为逆运算的关系及幂的意义。
3.法则的逆向运用与灵活应用:在面对复杂情境或需要逆向思维时,学生可能产生混淆。
4.对底数、指数条件的关注:容易忽视法则成立的前提条件(同底、正整数指数,且被除式的指数大于或等于除式的指数)。
(三)情感与态度分析
学生对“幂的运算”这一模块有较高的兴趣,尤其是法则的简洁美和强大功能能激发其学习热情。但持续的公式学习也可能带来枯燥感。因此,教学需注重探究过程的趣味性和挑战性,并通过揭示数学的内在统一性,维持学生的持久兴趣。
三、教学目标与重难点
(一)教学目标
1.知识与技能:
1.2.经历探索同底数幂除法运算性质的过程,归纳并掌握同底数幂的除法法则:a
m
÷
a
n
=
a
m
−
n
a^m\diva^n=a^{m-n}
am÷an=am−n(a≠0,m,n都是正整数,且m>n)。
2.3.能准确叙述法则的文字语言、符号语言,理解其成立的条件和算理。
3.4.能正确、熟练地运用法则进行同底数幂的除法运算,并能解决一些简单的实际问题。
4.5.初步了解法则的推广价值(为后续学习零指数与负整数指数幂埋下伏笔)。
6.过程与方法:
1.7.通过实际问题、计算填表、观察比较、归纳猜想、说理论证等活动,发展观察、归纳、类比、概括、推理等数学能力。
2.8.体会从特殊到一般、从具体到抽象的数学思想方法,以及转化(除法转化为乘法)、类比等思想方法。
3.9.尝试用数学符号和语言有条理地表达自己的思考过程。
10.情感、态度与价值观:
1.11.在探索法则的过程中,获得成功的体验,锻炼克服困难的意志,建立学好数学的自信心。
2.12.感受数学法则的简洁、和谐与统一之美,体会数学的严谨性。
3.13.认识数学来源于生活又服务于生活,增强应用意识。
(二)教学重点与难点
1.教学重点:同底数幂的除法法则的探索过程、正确归纳及其简单应用。
2.教学难点:
1.3.法则探索过程中的归纳与抽象:如何从具体算式中有效发现规律,并准确抽象为一般数学表达式。
2.4.对法则条件(a≠0,m>n)的理解:理解底数不为零的必要性,以及当m≤n时情况的初步思考(为下节课铺垫)。
3.5.法则的灵活应用与逆用:在复杂算式中识别同底数幂的除法结构,并能逆向运用法则解决问题。
四、教学策略与方法
(一)教法选择
1.情境创设法:以贴近学生认知的“数码存储容量”问题导入,激发兴趣,体现数学实用价值。
2.引导探究法:教师作为组织者、引导者与合作者,通过精心设计的问题链和活动序列,引导学生主动探究,自主建构知识。
3.启发讲授法:在学生探究的关键节点和难点处,进行精要的启发式讲解,澄清概念,深化理解。
4.变式教学法:通过设计不同层次、不同类型的例题与练习,帮助学生巩固法则,提升灵活应用和迁移能力。
(二)学法指导
1.自主探究学习:鼓励学生独立观察、计算、思考,形成个人初步见解。
2.合作交流学习:在小组内讨论、分享、质疑,在思维碰撞中深化理解,完善结论。
3.归纳类比学习:引导学生类比同底数幂的乘法法则的研究路径,进行猜想和验证。
4.反思总结学习:指导学生在学习过程中及结束后进行反思,梳理知识脉络,提炼思想方法。
(三)技术融合
利用多媒体课件动态展示探究过程,呈现丰富实例;使用实物投影展示学生的探究成果和解题过程,便于交流与评价;准备学案,引导探究活动有序进行。
五、教学资源与工具准备
1.教师:多媒体课件、学案设计、实物投影仪。
2.学生:课本、练习本、学案。
六、教学过程设计与实施
第一阶段:创设情境,提出问题(预计时间:5分钟)
教师活动1:情境导入
呈现情境:“随着科技发展,数据存储量爆炸式增长。一种新型存储芯片的存储容量用2的幂来表示。已知一个存储单元的容量是2
13
2^{13}
213KB(千字节),而一个基本数据块的大小是2
7
2^7
27KB。请问,这个存储单元可以存放多少个这样的基本数据块?”
学生活动1:初步思考
学生基于已有知识,可能列出除法算式:2
13
÷
2
7
2^{13}\div2^7
213÷27。但如何计算这个结果?这超出了已有知识范围,形成认知冲突。
设计意图:以具有时代感的实际问题引入,迅速吸引学生注意力,让学生感受到学习新知识的必要性和实用性。将抽象的数学运算赋予现实意义,激发内在学习动机。
教师活动2:明确课题
引导学生将实际问题抽象为数学问题:“这本质上是求两个幂相除的结果,而且这两个幂的底数相同。这就是我们今天要研究的课题——同底数幂的除法。”
(板书课题:同底数幂的除法)
第二阶段:合作探究,建构新知(预计时间:20分钟)
活动一:回顾旧知,寻找联系
教师活动:提问:“我们已经学习了同底数幂的乘法,法则是什么?它是如何得到的?”引导学生回顾研究幂的运算性质的一般方法:具体例子→观察规律→猜想→验证→归纳。
学生活动:集体回忆并复述同底数幂的乘法法则及其探究思路。
设计意图:激活学生的已有知识和方法经验,为本节课的探究提供清晰的“方法论”指引,实现学法迁移。
活动二:实例计算,初步感知
教师活动:发放探究学案,布置任务。
探究任务1:请计算下列各式,并观察结果,你能发现什么规律?
(1)10
5
÷
10
3
10^5\div10^3
105÷103(2)a
6
÷
a
2
a^6\diva^2
a6÷a2(a≠0)(先假设a=2,3等具体数字计算)
(3)(
−
3
)
7
÷
(
−
3
)
4
(-3)^7\div(-3)^4
(−3)7÷(−3)4(4)(
1
2
)
5
÷
(
1
2
)
3
(\frac{1}{2})^5\div(\frac{1}{2})^3
(21)5÷(21)3
提示:可以用乘除互逆的关系来思考,例如,计算10
5
÷
10
3
10^5\div10^3
105÷103,就是求一个数,使得它乘以10
3
10^3
103等于10
5
10^5
105。
学生活动:
1.独立计算:学生尝试用不同方法计算。
1.2.方法一(乘除互逆):∵10
3
×
10
2
=
10
3
+
2
=
10
5
10^3\times10^2=10^{3+2}=10^5
103×102=103+2=105,∴10
5
÷
10
3
=
10
2
10^5\div10^3=10^2
105÷103=102。
2.3.方法二(幂的意义):10
5
÷
10
3
=
(
10
×
10
×
10
×
10
×
10
)
÷
(
10
×
10
×
10
)
=
10
×
10
=
10
2
10^5\div10^3=(10\times10\times10\times10\times10)\div(10\times10\times10)=10\times10=10^2
105÷103=(10×10×10×10×10)÷(10×10×10)=10×10=102。
4.小组交流:在组内分享自己的计算方法和结果,讨论发现的共同特征。
5.全班分享:小组代表汇报。教师利用实物投影展示学生的计算过程。
教师活动:引导学生聚焦关键点:
1.“这些算式在结构上有什么共同点?”(底数相同,都是除法运算)
2.“运算结果在形式上有何特征?”(结果仍然是幂的形式,且底数不变)
3.“结果的指数与原来两个幂的指数有什么关系?”(结果的指数等于被除数的指数减去除数的指数)
设计意图:通过一组具有代表性(不同底数类型:正数、负数、分数)的算式,让学生从具体计算中亲身感知规律。提供方法提示,为学生扫除计算障碍,将思维焦点引向规律的发现。小组合作促进思维共享。
活动三:提出猜想,归纳法则
教师活动:提问:“根据以上特例中发现的规律,你能猜想出一般情况下的运算法则吗?请尝试用字母表示出来。”
学生活动:尝试用字母表达猜想:对于a≠0,m,n为正整数,且m>n时,a
m
÷
a
n
=
a
m
−
n
a^m\diva^n=a^{m-n}
am÷an=am−n。
教师活动:板书学生的猜想。追问:“为什么要求a≠0?为什么要求m,n是正整数,且m>n?你能结合例子说明吗?”引导学生讨论条件的重要性。
1.a=0时,0作为除数的分母(在a
n
a^n
an中)无意义。
2.m,n为正整数是当前所学幂的定义范围。
3.m>n能保证结果是正整数指数幂(目前认知范围内)。
设计意图:引导学生从特殊过渡到一般,完成数学抽象的关键一步。通过追问法则的条件,培养学生数学表达的严谨性,深化对概念的理解。
活动四:说理论证,确认法则
教师活动:“一个猜想要成为法则,需要经过严格的论证。我们能否根据乘除互逆的关系或者幂的意义来证明这个猜想呢?”提供证明思路框架。
学生活动:尝试进行说理证明。
证明路径一(根据乘除互逆关系):
∵a
n
⋅
a
m
−
n
=
a
n
+
(
m
−
n
)
=
a
m
a^n\cdota^{m-n}=a^{n+(m-n)}=a^m
an⋅am−n=an+(m−n)=am(根据同底数幂乘法法则)
∴a
m
÷
a
n
=
a
m
−
n
a^m\diva^n=a^{m-n}
am÷an=am−n。
证明路径二(根据幂的意义,当m,n较具体时可理解):
a
m
÷
a
n
=
a
⋅
a
⋅
.
.
.
⋅
a
(
m
个
a
)
a
⋅
a
⋅
.
.
.
⋅
a
(
n
个
a
)
=
a
⋅
a
⋅
.
.
.
⋅
a
(
m
−
n
个
a
)
=
a
m
−
n
a^m\diva^n=\frac{a\cdota\cdot...\cdota(m个a)}{a\cdota\cdot...\cdota(n个a)}=a\cdota\cdot...\cdota(m-n个a)=a^{m-n}
am÷an=a⋅a⋅...⋅a(n个a)a⋅a⋅...⋅a(m个a)=a⋅a⋅...⋅a(m−n个a)=am−n
教师活动:总结并正式呈现法则。
1.文字语言:同底数幂相除,底数不变,指数相减。
2.符号语言:a
m
÷
a
n
=
a
m
−
n
a^m\diva^n=a^{m-n}
am÷an=am−n(a≠0,m,n都是正整数,且m>n)。
3.强调:法则成立的条件“同底”、“底数不为零”、“指数为正整数且被除式的指数大于除式的指数”。并指出,当m=n或m<n时,这个式子从形式上依然有意义,这将是下节课要探讨的内容,激发学生后续学习的期待。
设计意图:证明环节是提升学生逻辑推理能力、理解法则本质的至关重要的一步。两种证明路径分别体现了“转化”思想和“回归定义”的思想,让学生不仅“认”法则,更“懂”法则。
第三阶段:剖析范例,深化理解(预计时间:10分钟)
教师活动:出示例题,进行讲解和变式。
例1:直接应用法则计算
(1)x
8
÷
x
2
x^8\divx^2
x8÷x2(2)(
−
a
)
10
÷
(
−
a
)
3
(-a)^{10}\div(-a)^3
(−a)10÷(−a)3(3)(
a
b
)
5
÷
(
a
b
)
2
(ab)^5\div(ab)^2
(ab)5÷(ab)2
讲解要点:
1.强调先判断是否满足法则条件:底数是否相同?底数是否不为零?(式中字母均默认不为零)
2.书写规范:写出应用法则的过程。
(1)x
8
÷
x
2
=
x
8
−
2
=
x
6
x^8\divx^2=x^{8-2}=x^6
x8÷x2=x8−2=x6
(2)注意底数是(-a),是一个整体。(
−
a
)
10
÷
(
−
a
)
3
=
(
−
a
)
10
−
3
=
(
−
a
)
7
=
−
a
7
(-a)^{10}\div(-a)^3=(-a)^{10-3}=(-a)^7=-a^7
(−a)10÷(−a)3=(−a)10−3=(−a)7=−a7(此处可简单回顾积的乘方或负数的奇次幂)
(3)底数是(ab),整体看待。(
a
b
)
5
÷
(
a
b
)
2
=
(
a
b
)
5
−
2
=
(
a
b
)
3
=
a
3
b
3
(ab)^5\div(ab)^2=(ab)^{5-2}=(ab)^3=a^3b^3
(ab)5÷(ab)2=(ab)5−2=(ab)3=a3b3
变式与追问:
1.变式1:a
m
+
3
÷
a
m
−
1
a^{m+3}\diva^{m-1}
am+3÷am−1(a≠0,m是正整数,且m-1>0)。结果为a
(
m
+
3
)
−
(
m
−
1
)
=
a
4
a^{(m+3)-(m-1)}=a^4
a(m+3)−(m−1)=a4。强调指数是代数式时,相减要加括号。
2.追问:法则中的“同底”如何理解?(
a
b
)
5
(ab)^5
(ab)5与(
a
2
b
2
)
(a^2b^2)
(a2b2)是同底吗?引导学生明确“同底”指底数完全相同的幂(可以是数、单项式或多项式),为后续学习铺垫。
例2:法则的逆向运用与简单综合
(1)已知a
m
÷
a
n
=
a
4
a^m\diva^n=a^4
am÷an=a4,且a≠0,则m与n的关系是______。
(2)计算:(
−
x
)
3
⋅
x
5
÷
(
−
x
)
4
(-x)^3\cdotx^5\div(-x)^4
(−x)3⋅x5÷(−x)4。
讲解要点:
1.(1)题是法则的逆向应用,由a
m
−
n
=
a
4
a^{m-n}=a^4
am−n=a4,得m-n=4。
2.(2)题是不同运算的综合。运算顺序:先乘方(已是最简),再乘法,最后除法。或者化为同底后按顺序运算:(
−
x
)
3
=
−
x
3
(-x)^3=-x^3
(−x)3=−x3,(
−
x
)
4
=
x
4
(-x)^4=x^4
(−x)4=x4,原式=(
−
x
3
)
⋅
x
5
÷
x
4
=
−
x
3
+
5
−
4
=
−
x
4
(-x^3)\cdotx^5\divx^4=-x^{3+5-4}=-x^4
(−x3)⋅x5÷x4=−x3+5−4=−x4。强调:负号的处理和运算顺序。
设计意图:通过例题讲解,规范解题步骤,深化对法则细节(如底数的整体性、指数的处理、运算顺序)的理解。变式和追问旨在拓宽学生对法则的认识,培养思维的灵活性和深刻性。
第四阶段:分层练习,巩固提升(预计时间:8分钟)
学生活动:独立完成练习,教师巡视指导,发现共性问题。
A组:基础巩固(全体必做)
1.判断正误,并说明理由:
(1)a
6
÷
a
2
=
a
3
a^6\diva^2=a^3
a6÷a2=a3()理由:。
(2)(
−
5
)
8
÷
(
−
5
)
2
=
−
5
6
(-5)^8\div(-5)^2=-5^6
(−5)8÷(−5)2=−56()理由:。
(3)x
n
+
2
÷
x
2
=
x
n
x^{n+2}\divx^2=x^n
xn+2÷x2=xn(x≠0)()理由:________________。
2.计算:
(1)y
9
÷
y
4
y^9\divy^4
y9÷y4(2)(
−
2
)
6
÷
(
−
2
)
2
(-2)^6\div(-2)^2
(−2)6÷(−2)2(3)(
2
3
)
7
÷
(
2
3
)
4
(\frac{2}{3})^7\div(\frac{2}{3})^4
(32)7÷(32)4(4)(
a
−
b
)
4
÷
(
a
−
b
)
2
(a-b)^4\div(a-b)^2
(a−b)4÷(a−b)2(a≠b)
B组:能力提升(学有余力选做)
3.计算:
(1)(
a
2
⋅
a
3
)
÷
a
4
(a^2\cdota^3)\diva^4
(a2⋅a3)÷a4(2)(
x
4
)
2
÷
x
7
(x^4)^2\divx^7
(x4)2÷x7(3)[
(
m
−
n
)
5
÷
(
m
−
n
)
2
]
⋅
(
m
−
n
)
2
[(m-n)^5\div(m-n)^2]\cdot(m-n)^2
[(m−n)5÷(m−n)2]⋅(m−n)2
4.已知a
m
=
4
a^m=4
am=4,a
n
=
2
a^n=2
an=2(a≠0),求a
2
m
−
3
n
a^{2m-3n}
a2m−3n的值。
(提示:将a
2
m
−
3
n
a^{2m-3n}
a2m−3n转化为(
a
m
)
2
÷
(
a
n
)
3
(a^m)^2\div(a^n)^3
(am)2÷(an)3)
设计意图:分层练习设计满足不同层次学生的需求。A组题旨在巩固法则的基本应用,辨析易错点;B组题融入前面所学的幂的运算,进行综合训练,并初步涉及公式的逆用和变形,培养学生综合运用知识的能力和逆向思维能力。第4题为后续学习埋下伏笔,体现知识的连贯性。
第五阶段:课堂小结,反思升华(预计时间:5分钟)
教师活动:引导学生从多维度进行总结。
“同学们,请回顾本节课的学习历程,我们可以从哪些方面进行总结?”
学生活动:思考并发言。
可能总结的方面:
1.知识层面:学会了同底数幂的除法法则(文字、符号、条件)。
2.方法层面:经历了“具体实例—观察猜想—说理论证—归纳法则”的探究过程;运用了类比、转化等数学思想。
3.联系层面:同底数幂的除法与乘法是互逆运算,指数“相减”对应乘法中的“相加”;它是幂的运算性质家族中的一员。
4.疑问与展望:当m=n或m<n时,结果是什么?这引发了我们对指数范围扩展的思考。
教师活动:用结构图的方式总结“幂的运算性质”目前已学习的部分,并指出同底数幂除法在其中的位置。布置课后思考题:“如果2
3
÷
2
5
2^3\div2^5
23÷25按照‘底数不变,指数相减’的形式写出来是2
−
2
2^{-2}
2−2,这个2
−
2
2^{-2}
2−2应该表示什么意义呢?”为下节课学习零指数幂和负整数指数幂设置悬念。
设计意图:引导学生进行系统性、反思性的小结,将新知识纳入原有的认知结构,形成更完善的知识体系。通过展望和设疑,保持学生的学习热情和探究欲望,实现课内到课外的自然延伸。
七、板书设计
主板:
同底数幂的除法
一、探究与猜想
算式:10
5
÷
10
3
=
10
5
−
3
10^5\div10^3=10^{5-3}
105÷103=105−3
a
6
÷
a
2
=
a
6
−
2
a^6\diva^2=a^{6-2}
a6÷a2=a6−2(a≠0)
猜想:a
m
÷
a
n
=
a
m
−
n
a^m\diva^n=a^{m-n}
am÷an=am−n?
二、证明与法则
证明1(逆运算):∵a
n
⋅
a
m
−
n
=
a
m
a^n\cdota^{m-n}=a^m
an⋅am−n=am∴a
m
÷
a
n
=
a
m
−
n
a^m\diva^n=a^{m-n}
am÷an=am−n
证明2(幂的意义):略
法则:
文字
:同底数幂相除,底数不变,指数相减。
符号
:a
m
÷
a
n
=
a
m
−
n
a^m\diva^n=a^{m-n}
am÷an=am−n
条件
:a≠0,m,n为正整数,且m>n。
三、应用举例
例1:(1)x
8
÷
x
2
=
x
8
−
2
=
x
6
x^8\divx^2=x^{8-2}=x^6
x8÷x2=x8−2=x6
(2)(
−
a
)
10
÷
(
−
a
)
3
=
(
−
a
)
7
=
−
a
7
(-a)^{10}\div(-a)^3=(-a)^7=-a^7
(−a)10÷(−a)3=(−a)7=−a7
(3)(
a
b
)
5
÷
(
a
b
)
2
=
(
a
b
)
3
=
a
3
b
3
(ab)^5\div(ab)^2=(ab)^3=a^3b^3
(ab)5÷(ab)2=(ab)3=a3b3
例2:(1)m-n=4
(2)(
−
x
)
3
⋅
x
5
÷
(
−
x
)
4
=
−
x
4
(-x)^3\cdotx^5\div(-x)^4=-x^4
(−x)3⋅x5÷(−x)4=−x4
副板(左侧):
1.学生探究成果展示区(实物投影区域)
2.关键步骤演算区
副板(右侧):
1.幂的运算性质(小结)
1.2.乘法:a
m
⋅
a
n
=
a
m
+
n
a^m\cdota^n=a^{m+n}
am⋅an=am+n
2.3.乘方:(
a
m
)
n
=
a
m
n
(a^m)^n=a^{mn}
(am)n=amn
3.4.积的乘方:(
a
b
)
n
=
a
n
b
n
(ab)^n=a^nb^n
(ab)n=anbn
4.5.除法:a
m
÷
a
n
=
a
m
−
n
a^m\diva^n=a^{m-n}
am÷an=am−n(a≠0,m>n)
6.课后思考:2
3
÷
2
5
=
2
3
−
5
=
2
−
2
2^3\div2^5=2^{3-5}=2^{-2}
23÷25=23−5=2−2,2
−
2
=
?
2^{-2}=?
2−2=?
八、作业设计与评价
(一)分层作业
必做题(巩固双基):
1.课本对应章节的练习题。
2.学案上的A组巩固练习。
3.用文字、符号两种方式默写同底数幂的除法法则,并注明条件。
选做题(拓展探究):
1.计算:(
x
−
y
)
7
÷
(
y
−
x
)
4
(x-y)^7\div(y-x)^4
(x−y)7÷(y−x)4。(提示:观察底数关系)
2.若a
x
=
3
a^x=3
ax=3,a
y
=
5
a^y=5
ay=5,求a
2
x
−
y
a^{2x-y}
a2x−y的值。
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