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文檔簡(jiǎn)介
1、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)答案 概率論答案chapter07 第七章參數(shù)估計(jì)1隨機(jī)地取只活塞環(huán),測(cè)得它們的直徑為(以mm計(jì))試求總體均值及方差的矩估計(jì)值,并求樣本方差s解總體均值的矩估計(jì)值,總體方差的矩估計(jì)值分別為珚xii鈔nx,第七章參數(shù)估計(jì)()PXxmx135p(p)xmx,x,m,其中p,p為未知參數(shù)解()xf(x)dxccxcxc()c由此得cxdx,dx珡代替,得到的矩估計(jì)量和矩估計(jì)值分別為在上式中以X珡X珚x,()由此得xxdxxdx珡代替,得的矩估計(jì)量和矩估計(jì)值分別為在上式中以X珡X珚x,()因E(X)mp,得p,以珡X代替,得到p的矩估計(jì)量和矩估計(jì)值分別為p珡,p珚x3求上題中各未知參數(shù)
2、的最大似然估計(jì)值和估計(jì)量解()設(shè)x,x,xn是一個(gè)樣本值似然函數(shù)為L(zhǎng)L(x,x,xn;)(c)ninicx()inx()i(c)ninxi()lnLn(lnlnc)()ln令lnLnlncinxii鈔nlnxi,得的最大似然估計(jì)值為i鈔nlnxilnc,136概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)習(xí)題全解指南的最大似然估計(jì)量為L(zhǎng)i鈔nlnXilncn()設(shè)x,x,xn是一個(gè)樣本值似然函數(shù)為in(xi)ninxi,lnLln()鈔lnxii令lnLlnxi,i鈔n得的最大似然估計(jì)值為的最大似然估計(jì)量為i鈔lnxi,i鈔lnXimxinmx()設(shè)x,x,xn是一個(gè)樣本值似然函數(shù)為L(zhǎng)lnLln令inPXixininpi(
3、p)imxiimxinpi鈔(p)xin鈔nxi,imxini鈔nxilnp(nmi鈔nxi)ln(p),得p的最大似然估計(jì)值為lnLi鈔xi(nmi鈔nxi),pp的最大似然估計(jì)量為i鈔nxi,其中珚x珚xi鈔nxi,珡p4()設(shè)總體X具有分布律第七章參數(shù)估計(jì)Xpk()()137其中()為未知參數(shù)已知取得了樣本值x,x,x試求的矩估計(jì)值和最大似然估計(jì)值()設(shè)X,X,Xn是來(lái)自參數(shù)為的泊松分布總體的一個(gè)樣本,試求的最大似然估計(jì)量及矩估計(jì)量()設(shè)隨機(jī)變量X服從以r,p為參數(shù)的負(fù)二項(xiàng)分布,其分布律為PXxkxkrp(p)rxrk,xkr,r,其中r已知,p未知設(shè)有樣本值x,x,xn,試求p的最大似
4、然估計(jì)值解()(i)()()解得(),故得的矩估計(jì)值為今珚x(珚x)(xxx)(),故的矩估計(jì)值為(ii)由給定的樣本值,得似然函數(shù)為L(zhǎng)iPXixiPXPXPX()(),lnLlnlnln()lnL,令得的最大似然估計(jì)值為()(i)設(shè)x,x,xn是相應(yīng)于樣本X,X,Xn的樣本值,則似然函數(shù)為L(zhǎng)inixiienn鈔nxiiinxi!,lnLn令鈔xilnlninxi!lnLni鈔nxi,138概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)習(xí)題全解指南x(chóng),最大似然估計(jì)量為鈔x珚珡Xin得的最大似然估計(jì)值為i(ii)因E(X),故的矩估計(jì)量也是珡X()似然函數(shù)為L(zhǎng)(p)knPXxknknxkrnp(p)xnrkrxrkkxkrp
5、(p)鈔knr,令(lnL)得p的最大似然估計(jì)值為lnLlnCnrlnpk鈔nnxknrln(p),C為常數(shù)xknr,k鈔p5設(shè)某種電子器件的壽命(以h計(jì))T服從雙參數(shù)的指數(shù)分布,其概率密度為f(t)e(tc),tc,其他,其中c,(c,)為未知參數(shù)自一批這種器件中隨機(jī)地取n件進(jìn)行壽命試驗(yàn)設(shè)它們的失效時(shí)間依次為xxxn()求與c的最大似然估計(jì)值()求與c的矩估計(jì)量解()似然函數(shù)為L(zhǎng)(,c)L(x,x,xn;,c)nie(xc)i,x,x,xnc,其他,e由題設(shè)xxxn,故x,x,xnc相當(dāng)于xc,因而上式相當(dāng)于L(,c)鈔nxnciicx,cx,可知當(dāng)cx時(shí),L(,c)隨c的增加而遞增,而當(dāng)c
6、x時(shí)L(,c),因而對(duì)于固定的,L(,c)在cx取到最大值,從而知應(yīng)取cx第七章參數(shù)估計(jì)另外,當(dāng)cx時(shí),將L(,c)取自然對(duì)數(shù)得lnL(,c)nln令抄lnL(,c),得抄lnL(,c)于是由此可知c,的最大似然估計(jì)值為i139i鈔nxinc鈔nxinc,珚xccx,珚x()令uxdt,tf(t)dtce(tc),得令u(uc)educ()c,utf(t)dtce(tc)dt,得由此得(uc)edu()c()cccu(c),ciX,A將上兩式中的,分別換成A珡i鈔nXi,并注意到AA鈔n(Xi珡X),就得到及c的矩估計(jì)量為i鈔(XniX),c珡X珡i鈔(XniX)珡6一地質(zhì)學(xué)家為研究密歇根湖湖
7、灘地區(qū)的巖石成分,隨機(jī)地自該地區(qū)取個(gè)樣品,每個(gè)樣品有塊石子,記錄了每個(gè)樣品中屬石灰石的石子數(shù)假設(shè)這次觀察相互獨(dú)立,并且由過(guò)去經(jīng)驗(yàn)知,它們都服從參數(shù)為m,p的二140概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)習(xí)題全解指南項(xiàng)分布,p是這地區(qū)一塊石子是石灰石的概率求p的最大似然估計(jì)值該地質(zhì)學(xué)家所得的數(shù)據(jù)如下:樣品中屬石灰石的石子數(shù)i觀察到i塊石灰石的樣品個(gè)數(shù)解設(shè)X為一個(gè)樣品中屬石灰石的石子數(shù),則Xb(,p),由本章習(xí)題第題知p的最大似然估計(jì)值為xp由給出的數(shù)據(jù)得p7()設(shè)X,X,Xn是來(lái)自總體X的一個(gè)樣本,且X(),求PX的最大似然估計(jì)值()某鐵路局證實(shí)一個(gè)扳道員在五年內(nèi)所引起的嚴(yán)重事故的次數(shù)服從泊松分布求一個(gè)扳道員在五年內(nèi)
8、未引起嚴(yán)重事故的概率p的最大似然估計(jì)使用下面?zhèn)€觀察值下表中,r表示一扳道員五年中引起嚴(yán)重事故的次數(shù),s表示觀察到的扳道員人數(shù)r珚x,于是解()設(shè)x,x,xn是相應(yīng)于樣本X,X,Xn的樣本值本題需求PX的最大似然估計(jì)由第題知的最大似然估計(jì)值珚x,又由于函數(shù)uee具有單值反函數(shù):lnu,由最大似然估計(jì)的不變性知PXe的最大似然估計(jì)值為xPXe()由所給數(shù)據(jù),得珚xi鈔xi()第七章參數(shù)估計(jì)由()知,扳道員五年內(nèi)未引起嚴(yán)重事故的概率pPXe估計(jì)值為141的最大似然PXpexe8()設(shè)X,X,Xn是來(lái)自概率密度為f(x;)的總體的樣本,未知,求Uex,x,其他,的最大似然估計(jì)值()設(shè)X,X,Xn是來(lái)自
9、正態(tài)總體N(,)的樣本未知,求PX的最大似然估計(jì)值()設(shè)x,x,xn是來(lái)自總體b(m,)的樣本值,又最大似然估計(jì)值解()先求的最大似然估計(jì)似然函數(shù)為L(zhǎng)()i(),求的nxininxi,lnL()nln()ln令iinxi鈔nlnxi,(倡)得的最大似然估計(jì)值為Ue值為i鈔nlnxi具有單調(diào)反函數(shù),故由最大似然估計(jì)的不變性知U的最大似然估計(jì)()已知的最大似然估計(jì)為x而PXPX珚()具有單調(diào)反函數(shù)由最大似然估計(jì)的不變性得PX的最大似然估計(jì)值為Ue由(倡)所確定,其中珚xm由最大似然估計(jì)的不變性得的最大似然估計(jì)值為珚9()驗(yàn)證教材第六章定理四中的統(tǒng)計(jì)量x)()(珚()由本章習(xí)題第題知二項(xiàng)分布Xb(m
10、,)的參數(shù)的最大似然估計(jì)為142Sw概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)習(xí)題全解指南nn(n)S(n)SSS是兩總體公共方差的無(wú)偏估計(jì)量(Sw稱為的合并估計(jì))()設(shè)總體X的數(shù)學(xué)期望為,X,X,Xn是來(lái)自X的樣本,a,a,an是任意常數(shù),驗(yàn)證(i鈔naiXi)i鈔nai(其中i鈔nai)是的無(wú)偏估計(jì)量證()注意到E(S)E(S),即有(n)S(n)SE(S)Ew(n)E(S)(n)E(S),故Sw是的無(wú)偏估計(jì)量()E(i鈔naiXi)i鈔naii鈔鈔nnE(aiXi)aiE(Xi)i鈔鈔nnaiai這就證明了i鈔naiXi10設(shè)X,X,Xn是來(lái)自總體X的一個(gè)樣本,設(shè)E(X),D(X)ni鈔niii鈔naii鈔nai
11、,ai是的無(wú)偏估計(jì)量()確定常數(shù)c,使c()確定常數(shù)c使(珡X)cS是的無(wú)偏估計(jì)(珡X,S是樣本均值和樣本方差)ni鈔(XiXi)為的無(wú)偏估計(jì)解()Eci鈔(XniXi)cccin鈔鈔E(XiXi)inD(XiXi)E(XiXi)i鈔D(Xi)D(Xi)(n)c(因Xi,Xi相互獨(dú)立且E(XiXi)n要使應(yīng)取cEci鈔(XiXi)(n)c,()要使E(珡X)cSE(珡X)cE(S)第七章參數(shù)估計(jì)應(yīng)取c143c,11設(shè)總體X的概率密度為f(x;)x(),x,其他,X,X,Xn是來(lái)自總體X的樣本()驗(yàn)證的最大似然估計(jì)量是i鈔n是的無(wú)偏估計(jì)量()證明解()似然函數(shù)為lnXiL()inxi(),lnL
12、()nlnlninxi令lnL()得nii鈔nlnxi,鈔nlnxi于是得到的最大似然估計(jì)量為i鈔nlnXi()因ElnX(lnx)xlnxxxdxn,dx從而知)E(i為的無(wú)偏估計(jì)故知設(shè)有估計(jì)量鈔nE(lnXi)12設(shè)X,X,X,X是來(lái)自均值為的指數(shù)分布總體的樣本,其中未TT(XX)(XX),(XXXX),144概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)習(xí)題全解指南T(XXXX)()指出T,T,T中哪幾個(gè)是的無(wú)偏估計(jì)量()在上述的無(wú)偏估計(jì)中指出哪一個(gè)較為有效解已知對(duì)于均值為的指數(shù)分布總體X,有E(X),D(X),于是E(Xi),D(Xi),i,所以E(T)E(T)E(T)E(X)E(X)E(X)E(X),E(X)E(
13、X)E(X)E(X)(),E(X)E(X)E(X)E(X)()(XX)(XX)以上結(jié)果表明T,T都是的無(wú)偏估計(jì)量,但T不是的無(wú)偏估計(jì)量又D(T)DD(XX)D(XX)D(X)D(X)D(X)D(X),而D(T)D(XXXX)D(T),i鈔D(Xi)故統(tǒng)計(jì)量T較T有效且有D(13()設(shè)是參數(shù)的無(wú)偏估計(jì),),試證)不是的無(wú)偏估計(jì)()試證明均勻分布f(x),x,其他,第七章參數(shù)估計(jì)中未知參數(shù)的最大似然估計(jì)量不是無(wú)偏的證()由D(得知()及E(),)的數(shù)學(xué)期望為145故()不是的無(wú)偏估計(jì)量E()E()D()E()D(),()似然函數(shù)為L(zhǎng)(),x,x,xn,其他,記x(n)maxx,x,xn,由于x,x
14、,xn相當(dāng)于x(n),因而上式相當(dāng)于L(),x(n),x(n)可知當(dāng)x(n)時(shí),L();而當(dāng)x(n)時(shí),故L()在x(n)處取到L()隨的增加而減少;最大值(題暢圖),即得的最大似然估計(jì)值為題暢圖x(n)maxx,x,xn,X,Xnx,x,x,z,),z,zn于是的最大似然估計(jì)量為maxX本題總體X的分布函數(shù)為,F(xiàn)(x),得maxX,X,Xn的分布函數(shù)為F(z)Fmax(z)F(z)(n,由此推得的概率密度為f(z)fmax(z)n,z,其他,146于是E()概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)習(xí)題全解指南zf(z)dznndz故不是的無(wú)偏估計(jì)量n,14設(shè)從均值為,方差為的總體中分別抽取容量為n,n的兩獨(dú)立樣本珡
15、X和珡X分別是兩樣本的均值試證:對(duì)于任意常數(shù)a,b(ab),Ya珡Xb珡X都是的無(wú)偏估計(jì),并確定常數(shù)a,b使D(Y)達(dá)到最小解由E(珡X)E(珡X)以及ab,得知珡)E(Y)E(a珡Xb珡X)aE(珡X)bE(Xab(ab),即對(duì)于任意a,b,只要ab,則Y都是的無(wú)偏估計(jì)量又D(珡X),D(珡X),且珡X,珡X相互獨(dú)立,由此得D(Y)D(a珡Xb珡X)D(a珡X)D(b珡X)X)bD(珡X)aD(珡將ba代入上式,得到D(Y)令得從而a(a)D(Y),an,n,(a)baD(Y)又由于故知當(dāng)a,15設(shè)有k臺(tái)儀器,已知用第i臺(tái)儀器測(cè)量時(shí),測(cè)定值總體的標(biāo)準(zhǔn)差為i(i,k)用這些儀器獨(dú)立地對(duì)某一物理
16、量各觀察一次,分別得到X,X,Xk設(shè)儀器都沒(méi)有系統(tǒng)誤差,即E(Xi)(i,k)問(wèn)a,a,ak取何值,方能使使用inn,b時(shí),D(Y)達(dá)到最小鈔kaiXi估計(jì)時(shí),是無(wú)偏的,并且D()最?。康谄哒聟?shù)估計(jì)解要使是的無(wú)偏估計(jì),則必須147E()EaXaXakXk(aaak)即必須aaakD()Dkkk(A)又由題設(shè)知D(Xi)i,i,k,且X,X,Xk相互獨(dú)立,故有i鈔aiXii鈔D(aiXi)i鈔aiD(Xi)aaakk為求D()在條件(A)下的最小值,用拉格朗日乘數(shù)法,作函數(shù)g(a,a,ak,)aaakk(aaak)令抄g抄ga,a,抄g抄gakk,k得ai鈔kai,a,iak,k將前k個(gè)式子代
17、入末式,得在上式中記鈔k(B)aii鈔kii鈔ki,即有,代入(B)式,得a,a,ak,k,k時(shí),用即當(dāng)ai,i,ii鈔kaiXi估計(jì)時(shí),是無(wú)偏的且其方差為最?。ㄏ鄬?duì)于其他無(wú)偏估計(jì)來(lái)說(shuō))16設(shè)某種清漆的個(gè)樣品,其干燥時(shí)間(以h計(jì))分別為設(shè)干燥時(shí)間總體服從正態(tài)分布N(,)求的置信水平為的置信區(qū)間()若由以往經(jīng)驗(yàn)知h,()若為未知148概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)習(xí)題全解指南珋),本,需要求的置信水平為的置信區(qū)間,即需確定隨機(jī)區(qū)間(,使得P珋考慮P?解()總體XN(,),未知,已知,X,X,Xn是來(lái)自X的樣珡因N(,),如題暢圖有n珡Pz珡?,nnz題暢圖在內(nèi)的不等式中解出,得Xz珡XzP珡珡Xz,珡Xz,即
18、得的一個(gè)置信水平為的置信區(qū)間為今n,z,并算得珚x,得到的置信區(qū)間為的一個(gè)置信水平為(z)()(,)()為未知,由于有Pt(n)珡t(n)S珡t(n),n在內(nèi)的不等式中解出,得P珡Xt(n)珡Xt(n),即得的一個(gè)置信水平為的置信區(qū)間為珡Xt(n),珡Xt(n)今n,t(),并算得珚x,s的置信區(qū)間為暢,得到的一個(gè)置信水平為)(,)(17分別使用金球和鉑球測(cè)定引力常數(shù)(單位:()用金球測(cè)定觀察值為mkgs)第七章參數(shù)估計(jì)()用鉑球測(cè)定觀察值為149設(shè)測(cè)定值總體為N(,),均為未知試就(),()兩種情況分別求的置的置信區(qū)間信水平為的置信區(qū)間,并求的置信水平為解()n,珚x,s,t(n),得的一個(gè)
19、置信水平為的置信區(qū)間為t()(珚xt(n)()()(,)由于(n),在內(nèi)的不等式中解出,得有P(n)(n)S(n)(n)S(n)SP,(n)即得的一個(gè)置信水平為的置信區(qū)間為(n)S(n)S,查表知(n)(),()(),得到的一個(gè)置信水平為的置信區(qū)間為()(),(,)()n,珚x,s,t(),(),)(),),(的一個(gè)置信水平為的置信區(qū)間為()(),(),得到的一個(gè)置信水平為的置信區(qū)間為(,)18隨機(jī)地取某種炮彈發(fā)做試驗(yàn),得炮口速度的樣本標(biāo)準(zhǔn)差sms設(shè)炮口速度服從正態(tài)分布求這種炮彈的炮口速度的標(biāo)準(zhǔn)差的置信水平為150暢的置信區(qū)間概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)習(xí)題全解指南解今n,s,(n)()暢,(n)(),得
20、到標(biāo)準(zhǔn)差的一個(gè)置信水平為的置信區(qū)間為,(n)(n),)(19設(shè)X,X,Xn是來(lái)自分布N(,)的樣本,已知,未知()驗(yàn)證i鈔n(Xi)(n)利用這一結(jié)果構(gòu)造的置信水平為的置信區(qū)間()設(shè),且有樣本值,暢,暢試求的置信水平為的置信區(qū)間解()因XiN(,),故iN(,),i,n由XXXn,相互獨(dú)立,得i鈔ni(n)于是有P(n)i鈔n(Xi)(n)i,即有Pi鈔(Xni)(n)ni鈔(Xn)(n)得的置信水平為的置信區(qū)間為i鈔(Xi)(n),i鈔(Xni)(n)()現(xiàn)在n,由樣本值經(jīng)計(jì)算得i鈔(Xi),查表知,(),(),于是的置信水平為的置信區(qū)間為(,)的置信水平為的置信區(qū)間為(,)20在題中,設(shè)用
21、金球和用鉑球測(cè)定時(shí)測(cè)定值總體的方差相等求兩個(gè)測(cè)定值總體均值差的置信水平為的置信區(qū)間第七章參數(shù)估計(jì)解由于未知,因而151(珡X珡X)()t(nn),Sw其中Sw(珡X珡X)()Pt(nn)t(nn)Sw得在內(nèi)的不等式中解出,P珡X珡Xt(nn)Sw(n)S(n)S,即有珚t(nn)Sw珚XX,即得的一個(gè)置信水平為的置信區(qū)間為珡X珡Xt(nn)Sw今nn,t(nn)t(),珚x珚x,得到的置信區(qū)間為兩個(gè)測(cè)定值總體均值差金鉑的一個(gè)置信水平為()(,)21隨機(jī)地從A批導(dǎo)線中抽根,又從B批導(dǎo)線中抽根,測(cè)得電阻()為A批導(dǎo)線:B批導(dǎo)線:設(shè)測(cè)定數(shù)據(jù)分別來(lái)自分布N(,),N(,),且兩樣本相互獨(dú)立又,均為未知
22、試求的置信水平為的置信區(qū)間解將A批導(dǎo)線測(cè)定數(shù)據(jù)的均值、方差分別記為珔x,s;B批的均值、方差分別記為珔x,s則有,x,s;n,珔n,珔x,s,wsss(),t(nn)t()152概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)習(xí)題全解指南得的一個(gè)置信水平為的置信區(qū)間珚x珚xt(nn)sw)(,)(22研究?jī)煞N固體燃料火箭推進(jìn)器的燃燒率設(shè)兩者都服從正態(tài)分布,并且已知燃燒率的標(biāo)準(zhǔn)差均近似地為cms,取樣本容量為nn得燃燒率的樣本均值分別為珚xcms,珚xcms,設(shè)兩樣本獨(dú)立求兩燃燒率總的置信區(qū)間體均值差的置信水平為解分別記兩種固體燃料火箭推進(jìn)器的燃燒率總體為X和X,按題意XN(,),XN(,),其中,未知,已知,兩樣本獨(dú)立,此時(shí)
23、有珡珡NXXX珡X)()(珡nn,),N(,因而有Pz(珡X珡X)()znn在內(nèi)的不等式中解出,得P(珡X珡X)z,即得的一個(gè)置信水平為的置信區(qū)間為(珡X珡X)z珡珡zXX今,nn,珚x,珚x,暢,暢,z,得到的一個(gè)置信水平為的置信區(qū)間為()()()(,)23設(shè)兩位化驗(yàn)員A,B獨(dú)立地對(duì)某種聚合物含氯量用相同的方法各做,sB設(shè)A,B分別為次測(cè)定,其測(cè)定值的樣本方差依次為sAAB的置信水平為的置信區(qū)間A,B所測(cè)定的測(cè)定值總體的方差設(shè)總體均為正態(tài)的,且兩樣本獨(dú)立求方差比第七章參數(shù)估計(jì)153解本題是兩個(gè)總體均值均未知時(shí),求兩總體方差比的置信區(qū)間的問(wèn)題已知nn,sA,sB,F(xiàn)(,),F(xiàn)(,),得AB的一
24、個(gè)置信水平為的置信區(qū)間為sAsA,)(BB24在一批貨物的容量為的樣本中,經(jīng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)有只次品,試求這批貨物次品率的置信水平為的置信區(qū)間解本題是()分布總體X的參數(shù)的區(qū)間估計(jì)問(wèn)題,現(xiàn)在樣本容量n是一個(gè)大樣本,X的分布律為,x,f(x,p)p(p)其中p為待估參數(shù),已知E(X)p,D(X)p(p)設(shè)X,X,Xn是一個(gè)樣本,由中心極限定理知,近似地有xix鈔nXinpnp(p)于是有Pz珡np(p)近似地N(,),珡zpp在的不等式中解出p,得Pppp,其中p(bbac),panz,b(n珡Xz),cn珡X,(bbac),即得p的一個(gè)置信水平為的近似置信區(qū)間為(p,p)今n,珚x,z,經(jīng)計(jì)算得a,b,c,p,p,得這批貨物的次品率的一個(gè)置信水平為的近似置信區(qū)間為(,)的單側(cè)置信上限25()求第題中的置信水平為()求第題中的置信水平為的單側(cè)置信下限()求第題中方差比AB的置信水平為的單側(cè)置信上限解()總體XN(,),未知,先設(shè),X,X,Xn是來(lái)自X的樣本,需要求的置信水平為的單側(cè)置信上限即需確定統(tǒng)計(jì)量154概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)習(xí)題全解指南珔使得考慮P珔珡P?,n故在內(nèi)寫(xiě)上不等式“?(因在這里前有“”號(hào),由于珡N(,),知nPz珡”)n珡,n在內(nèi)的不等式中解出,得Xz,P珡珔Xz珡于是得的置信水平為的單側(cè)置信上限為在第題中,n,珚x,z,得所求的單側(cè)置信上限為珔類似地,當(dāng)未知時(shí),可
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