cvgdvgrat - Mathbox for Steve Rodriguez

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Theorem cvgdvgrat 38512

Description: Ratio test for convergence and divergence of a complex infinite series. If the ratio

of the absolute values of successive terms in an infinite sequence

converges to less than one, then the infinite sum of the terms of

converges to a complex number; and if

converges greater then the sum diverges. This combined form of cvgrat 14615 and dvgrat 38511 directly uses the limit of the ratio.

(It also demonstrates how to use climi2 14242 and absltd 14168 to transform a limit to an inequality cf. https://math.stackexchange.com/q/2215191, and how to use r19.29a 3078 in a similar fashion to Mario Carneiro's proof sketch with rexlimdva 3031 at https://groups.google.com/forum/#!topic/metamath/2RPikOiXLMo.) (Contributed by Steve Rodriguez, 28-Feb-2020.)

**Hypotheses**
Ref	Expression
cvgdvgrat.z
cvgdvgrat.w
cvgdvgrat.n
cvgdvgrat.f
cvgdvgrat.c	$/\$
cvgdvgrat.n0	$/\$
cvgdvgrat.r
cvgdvgrat.cvg
cvgdvgrat.n1

**Assertion**
Ref	Expression
cvgdvgrat

Distinct variable groups:

Allowed substitution hint:

(

)

Proof of Theorem cvgdvgrat Dummy variables

are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		cvgdvgrat.w	. . . . . . . . 9
2		eqid 2622	. . . . . . . . 9
3		elioore 12205	. . . . . . . . . 10
4	3	ad3antlr 767	. . . . . . . . 9 $/\$ $/\$ $/\$
5		cvgdvgrat.n	. . . . . . . . . . . . . . . . 17
6		cvgdvgrat.z	. . . . . . . . . . . . . . . . 17
7	5, 6	syl6eleq 2711	. . . . . . . . . . . . . . . 16
8		eluzelz 11697	. . . . . . . . . . . . . . . 16
9	7, 8	syl 17	. . . . . . . . . . . . . . 15
10		cvgdvgrat.cvg	. . . . . . . . . . . . . . 15
11		cvgdvgrat.r	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18
12	11	a1i 11	. . . . . . . . . . . . . . . . 17
13	1	peano2uzs 11742	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
14		ovex 6678	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
15		eleq1 2689	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
16	15	anbi2d 740	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 $/\$ $/\$
17		fveq2 6191	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
18	17	eleq1d 2686	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
19	16, 18	imbi12d 334	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 $/\$ $/\$
20		eleq1 2689	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
21	20	anbi2d 740	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 $/\$ $/\$
22		fveq2 6191	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
23	22	eleq1d 2686	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
24	21, 23	imbi12d 334	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 $/\$ $/\$
25	1	eleq2i 2693	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
26	6	uztrn2 11705	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 $/\$
27	5, 26	sylan 488	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 $/\$
28	25, 27	sylan2b 492	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 $/\$
29		cvgdvgrat.c	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 $/\$
30	28, 29	syldan 487	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 $/\$
31	24, 30	chvarv 2263	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 $/\$
32	14, 19, 31	vtocl 3259	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 $/\$
33	13, 32	sylan2 491	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 $/\$
34		cvgdvgrat.n0	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 $/\$
35	33, 30, 34	divcld 10801	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 $/\$
36	35	abscld 14175	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 $/\$
37	12, 36	fvmpt2d 6293	. . . . . . . . . . . . . . . 16 $/\$
38	37, 36	eqeltrd 2701	. . . . . . . . . . . . . . 15 $/\$
39	1, 9, 10, 38	climrecl 14314	. . . . . . . . . . . . . 14
40	39	rexrd 10089	. . . . . . . . . . . . 13
41		1re 10039	. . . . . . . . . . . . . 14
42	41	rexri 10097	. . . . . . . . . . . . 13
43		elioo2 12216	. . . . . . . . . . . . 13 $/\$ $/\$ $/\$
44	40, 42, 43	sylancl 694	. . . . . . . . . . . 12 $/\$ $/\$
45	44	biimpa 501	. . . . . . . . . . 11 $/\$ $/\$ $/\$
46	45	simp3d 1075	. . . . . . . . . 10 $/\$
47	46	ad2antrr 762	. . . . . . . . 9 $/\$ $/\$ $/\$
48		simplr 792	. . . . . . . . 9 $/\$ $/\$ $/\$
49	31	ex 450	. . . . . . . . . . 11
50	49	ad3antrrr 766	. . . . . . . . . 10 $/\$ $/\$ $/\$
51	50	imp 445	. . . . . . . . 9 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
52		oveq1 6657	. . . . . . . . . . . . . 14
53	52	fveq2d 6195	. . . . . . . . . . . . 13
54	53	fveq2d 6195	. . . . . . . . . . . 12
55	22	fveq2d 6195	. . . . . . . . . . . . 13
56	55	oveq2d 6666	. . . . . . . . . . . 12
57	54, 56	breq12d 4666	. . . . . . . . . . 11
58	57	rspccva 3308	. . . . . . . . . 10 $/\$
59	58	adantll 750	. . . . . . . . 9 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
60	1, 2, 4, 47, 48, 51, 59	cvgrat 14615	. . . . . . . 8 $/\$ $/\$ $/\$
61	9	adantr 481	. . . . . . . . . 10 $/\$
62	45	simp2d 1074	. . . . . . . . . . 11 $/\$
63		difrp 11868	. . . . . . . . . . . 12 $/\$
64	39, 3, 63	syl2an 494	. . . . . . . . . . 11 $/\$
65	62, 64	mpbid 222	. . . . . . . . . 10 $/\$
66	37	adantlr 751	. . . . . . . . . 10 $/\$ $/\$
67	10	adantr 481	. . . . . . . . . 10 $/\$
68	1, 61, 65, 66, 67	climi2 14242	. . . . . . . . 9 $/\$
69	1	uztrn2 11705	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 $/\$
70	69, 33	sylan2 491	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 $/\$ $/\$
71	70	anassrs 680	. . . . . . . . . . . . . . . 16 $/\$ $/\$
72	71	adantllr 755	. . . . . . . . . . . . . . 15 $/\$ $/\$ $/\$
73	72	adantr 481	. . . . . . . . . . . . . 14 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
74	73	abscld 14175	. . . . . . . . . . . . 13 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
75	3	ad4antlr 769	. . . . . . . . . . . . . 14 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
76	69, 30	sylan2 491	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 $/\$ $/\$
77	76	anassrs 680	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 $/\$ $/\$
78	77	adantllr 755	. . . . . . . . . . . . . . . 16 $/\$ $/\$ $/\$
79	78	adantr 481	. . . . . . . . . . . . . . 15 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
80	79	abscld 14175	. . . . . . . . . . . . . 14 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
81	75, 80	remulcld 10070	. . . . . . . . . . . . 13 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
82	69, 34	sylan2 491	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 $/\$ $/\$
83	82	anassrs 680	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 $/\$ $/\$
84	83	adantllr 755	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 $/\$ $/\$ $/\$
85	84	adantr 481	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
86	73, 79, 85	absdivd 14194	. . . . . . . . . . . . . . . 16 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
87	72, 78, 84	divcld 10801	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 $/\$ $/\$ $/\$
88	87	abscld 14175	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 $/\$ $/\$ $/\$
89	39	ad3antrrr 766	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 $/\$ $/\$ $/\$
90	88, 89	resubcld 10458	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 $/\$ $/\$ $/\$
91	3	ad3antlr 767	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 $/\$ $/\$ $/\$
92	91, 89	resubcld 10458	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 $/\$ $/\$ $/\$
93	90, 92	absltd 14168	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
94	93	simplbda 654	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
95	73, 79, 85	divcld 10801	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
96	95	abscld 14175	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
97	39	ad4antr 768	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
98	96, 75, 97	ltsub1d 10636	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
99	94, 98	mpbird 247	. . . . . . . . . . . . . . . 16 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
100	86, 99	eqbrtrrd 4677	. . . . . . . . . . . . . . 15 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
101	79, 85	absrpcld 14187	. . . . . . . . . . . . . . . 16 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
102	74, 75, 101	ltdivmuld 11923	. . . . . . . . . . . . . . 15 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
103	100, 102	mpbid 222	. . . . . . . . . . . . . 14 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
104	101	rpcnd 11874	. . . . . . . . . . . . . . 15 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
105	75	recnd 10068	. . . . . . . . . . . . . . 15 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
106	104, 105	mulcomd 10061	. . . . . . . . . . . . . 14 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
107	103, 106	breqtrd 4679	. . . . . . . . . . . . 13 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
108	74, 81, 107	ltled 10185	. . . . . . . . . . . 12 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
109	108	ex 450	. . . . . . . . . . 11 $/\$ $/\$ $/\$
110	109	ralimdva 2962	. . . . . . . . . 10 $/\$ $/\$
111	110	reximdva 3017	. . . . . . . . 9 $/\$
112	68, 111	mpd 15	. . . . . . . 8 $/\$
113	60, 112	r19.29a 3078	. . . . . . 7 $/\$
114	113	ralrimiva 2966	. . . . . 6
115	114	adantr 481	. . . . 5 $/\$
116		ioon0 12201	. . . . . . . 8 $/\$
117	40, 42, 116	sylancl 694	. . . . . . 7
118	117	biimpar 502	. . . . . 6 $/\$
119		r19.3rzv 4064	. . . . . 6
120	118, 119	syl 17	. . . . 5 $/\$
121	115, 120	mpbird 247	. . . 4 $/\$
122	6, 5, 29	iserex 14387	. . . . 5
123	122	adantr 481	. . . 4 $/\$
124	121, 123	mpbird 247	. . 3 $/\$
125	124	ex 450	. 2
126		cvgdvgrat.n1	. . . . . 6
127		1red 10055	. . . . . . 7
128	39, 127	lttri2d 10176	. . . . . 6 $\/$
129	126, 128	mpbid 222	. . . . 5 $\/$
130	129	orcanai 952	. . . 4 $/\$
131		simplr 792	. . . . . . . 8 $/\$ $/\$ $/\$
132		cvgdvgrat.f	. . . . . . . . 9
133	132	ad3antrrr 766	. . . . . . . 8 $/\$ $/\$ $/\$
134	49	ad3antrrr 766	. . . . . . . . 9 $/\$ $/\$ $/\$
135	134	imp 445	. . . . . . . 8 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
136	1	uztrn2 11705	. . . . . . . . . . . 12 $/\$
137	22	neeq1d 2853	. . . . . . . . . . . . . 14
138	21, 137	imbi12d 334	. . . . . . . . . . . . 13 $/\$ $/\$
139	138, 34	chvarv 2263	. . . . . . . . . . . 12 $/\$
140	136, 139	sylan2 491	. . . . . . . . . . 11 $/\$ $/\$
141	140	anassrs 680	. . . . . . . . . 10 $/\$ $/\$
142	141	adantllr 755	. . . . . . . . 9 $/\$ $/\$ $/\$
143	142	adantlr 751	. . . . . . . 8 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
144	55, 54	breq12d 4666	. . . . . . . . . 10
145	144	rspccva 3308	. . . . . . . . 9 $/\$
146	145	adantll 750	. . . . . . . 8 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
147	1, 2, 131, 133, 135, 143, 146	dvgrat 38511	. . . . . . 7 $/\$ $/\$ $/\$
148	9	adantr 481	. . . . . . . . 9 $/\$
149		difrp 11868	. . . . . . . . . . 11 $/\$
150	41, 39, 149	sylancr 695	. . . . . . . . . 10
151	150	biimpa 501	. . . . . . . . 9 $/\$
152	37	adantlr 751	. . . . . . . . 9 $/\$ $/\$
153	10	adantr 481	. . . . . . . . 9 $/\$
154	1, 148, 151, 152, 153	climi2 14242	. . . . . . . 8 $/\$
155	77	adantllr 755	. . . . . . . . . . . . . 14 $/\$ $/\$ $/\$
156	155	adantr 481	. . . . . . . . . . . . 13 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
157	156	abscld 14175	. . . . . . . . . . . 12 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
158	71	adantllr 755	. . . . . . . . . . . . . 14 $/\$ $/\$ $/\$
159	158	adantr 481	. . . . . . . . . . . . 13 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
160	159	abscld 14175	. . . . . . . . . . . 12 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
161	83	adantllr 755	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 $/\$ $/\$ $/\$
162	161	adantr 481	. . . . . . . . . . . . . . . 16 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
163	156, 162	absrpcld 14187	. . . . . . . . . . . . . . 15 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
164	163	rpcnd 11874	. . . . . . . . . . . . . 14 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
165	164	mulid2d 10058	. . . . . . . . . . . . 13 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
166	39	ad4antr 768	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
167	166	recnd 10068	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
168		1cnd 10056	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
169	167, 168	negsubdi2d 10408	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
170	158, 155, 161	divcld 10801	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 $/\$ $/\$ $/\$
171	170	abscld 14175	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 $/\$ $/\$ $/\$
172	39	ad3antrrr 766	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 $/\$ $/\$ $/\$
173	171, 172	resubcld 10458	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 $/\$ $/\$ $/\$
174		1red 10055	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 $/\$ $/\$ $/\$
175	172, 174	resubcld 10458	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 $/\$ $/\$ $/\$
176	173, 175	absltd 14168	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
177	176	simprbda 653	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
178	169, 177	eqbrtrrd 4677	. . . . . . . . . . . . . . . 16 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
179		1red 10055	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
180	159, 156, 162	divcld 10801	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
181	180	abscld 14175	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
182	179, 181, 166	ltsub1d 10636	. . . . . . . . . . . . . . . 16 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
183	178, 182	mpbird 247	. . . . . . . . . . . . . . 15 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
184	159, 156, 162	absdivd 14194	. . . . . . . . . . . . . . 15 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
185	183, 184	breqtrd 4679	. . . . . . . . . . . . . 14 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
186	179, 160, 163	ltmuldivd 11919	. . . . . . . . . . . . . 14 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
187	185, 186	mpbird 247	. . . . . . . . . . . . 13 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
188	165, 187	eqbrtrrd 4677	. . . . . . . . . . . 12 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
189	157, 160, 188	ltled 10185	. . . . . . . . . . 11 $/\$ $/\$ $/\$ $/\$
190	189	ex 450	. . . . . . . . . 10 $/\$ $/\$ $/\$
191	190	ralimdva 2962	. . . . . . . . 9 $/\$ $/\$
192	191	reximdva 3017	. . . . . . . 8 $/\$
193	154, 192	mpd 15	. . . . . . 7 $/\$
194	147, 193	r19.29a 3078	. . . . . 6 $/\$
195		df-nel 2898	. . . . . 6
196	194, 195	sylib 208	. . . . 5 $/\$
197	122	adantr 481	. . . . 5 $/\$
198	196, 197	mtbird 315	. . . 4 $/\$
199	130, 198	syldan 487	. . 3 $/\$
200	199	ex 450	. 2
201	125, 200	impcon4bid 217	1

Colors of variables: wff setvar class

Syntax hints:

wn 3

wi 4

wb 196 $\/$ wo 383 $/\$ wa 384 $/\$ w3a 1037

wceq 1483

wcel 1990

wne 2794

wnel 2897

wral 2912

wrex 2913

c0 3915 class class class wbr 4653

cmpt 4729

cdm 5114

cfv 5888 (class class class)co 6650

cc 9934

cr 9935

cc0 9936

c1 9937

caddc 9939

cmul 9941

cxr 10073

clt 10074

cle 10075

cmin 10266

cneg 10267

cdiv 10684

cz 11377

cuz 11687

crp 11832

cioo 12175

cseq 12801

cabs 13974

cli 14215

This theorem was proved from axioms: ax-mp 5 ax-1 6 ax-2 7 ax-3 8 ax-gen 1722 ax-4 1737 ax-5 1839 ax-6 1888 ax-7 1935 ax-8 1992 ax-9 1999 ax-10 2019 ax-11 2034 ax-12 2047 ax-13 2246 ax-ext 2602 ax-rep 4771 ax-sep 4781 ax-nul 4789 ax-pow 4843 ax-pr 4906 ax-un 6949 ax-inf2 8538 ax-cnex 9992 ax-resscn 9993 ax-1cn 9994 ax-icn 9995 ax-addcl 9996 ax-addrcl 9997 ax-mulcl 9998 ax-mulrcl 9999 ax-mulcom 10000 ax-addass 10001 ax-mulass 10002 ax-distr 10003 ax-i2m1 10004 ax-1ne0 10005 ax-1rid 10006 ax-rnegex 10007 ax-rrecex 10008 ax-cnre 10009 ax-pre-lttri 10010 ax-pre-lttrn 10011 ax-pre-ltadd 10012 ax-pre-mulgt0 10013 ax-pre-sup 10014 ax-addf 10015 ax-mulf 10016

This theorem depends on definitions: df-bi 197 df-or 385 df-an 386 df-3or 1038 df-3an 1039 df-tru 1486 df-fal 1489 df-ex 1705 df-nf 1710 df-sb 1881 df-eu 2474 df-mo 2475 df-clab 2609 df-cleq 2615 df-clel 2618 df-nfc 2753 df-ne 2795 df-nel 2898 df-ral 2917 df-rex 2918 df-reu 2919 df-rmo 2920 df-rab 2921 df-v 3202 df-sbc 3436 df-csb 3534 df-dif 3577 df-un 3579 df-in 3581 df-ss 3588 df-pss 3590 df-nul 3916 df-if 4087 df-pw 4160 df-sn 4178 df-pr 4180 df-tp 4182 df-op 4184 df-uni 4437 df-int 4476 df-iun 4522 df-br 4654 df-opab 4713 df-mpt 4730 df-tr 4753 df-id 5024 df-eprel 5029 df-po 5035 df-so 5036 df-fr 5073 df-se 5074 df-we 5075 df-xp 5120 df-rel 5121 df-cnv 5122 df-co 5123 df-dm 5124 df-rn 5125 df-res 5126 df-ima 5127 df-pred 5680 df-ord 5726 df-on 5727 df-lim 5728 df-suc 5729 df-iota 5851 df-fun 5890 df-fn 5891 df-f 5892 df-f1 5893 df-fo 5894 df-f1o 5895 df-fv 5896 df-isom 5897 df-riota 6611 df-ov 6653 df-oprab 6654 df-mpt2 6655 df-om 7066 df-1st 7168 df-2nd 7169 df-wrecs 7407 df-recs 7468 df-rdg 7506 df-1o 7560 df-oadd 7564 df-er 7742 df-pm 7860 df-en 7956 df-dom 7957 df-sdom 7958 df-fin 7959 df-sup 8348 df-inf 8349 df-oi 8415 df-card 8765 df-pnf 10076 df-mnf 10077 df-xr 10078 df-ltxr 10079 df-le 10080 df-sub 10268 df-neg 10269 df-div 10685 df-nn 11021 df-2 11079 df-3 11080 df-n0 11293 df-z 11378 df-uz 11688 df-q 11789 df-rp 11833 df-ioo 12179 df-ico 12181 df-fz 12327 df-fzo 12466 df-fl 12593 df-seq 12802 df-exp 12861 df-hash 13118 df-shft 13807 df-cj 13839 df-re 13840 df-im 13841 df-sqrt 13975 df-abs 13976 df-limsup 14202 df-clim 14219 df-rlim 14220 df-sum 14417

This theorem is referenced by: radcnvrat 38513

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