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Theorem smupvallem 16520
Description: If 𝐴 only has elements less than 𝑁, then all elements of the partial sum sequence past 𝑁 already equal the final value. (Contributed by Mario Carneiro, 20-Sep-2016.)
Hypotheses
Ref Expression
smuval.a (𝜑𝐴 ⊆ ℕ0)
smuval.b (𝜑𝐵 ⊆ ℕ0)
smuval.p 𝑃 = seq0((𝑝 ∈ 𝒫 ℕ0, 𝑚 ∈ ℕ0 ↦ (𝑝 sadd {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑚𝐴 ∧ (𝑛𝑚) ∈ 𝐵)})), (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ if(𝑛 = 0, ∅, (𝑛 − 1))))
smuval.n (𝜑𝑁 ∈ ℕ0)
smupvallem.a (𝜑𝐴 ⊆ (0..^𝑁))
smupvallem.m (𝜑𝑀 ∈ (ℤ𝑁))
Assertion
Ref Expression
smupvallem (𝜑 → (𝑃𝑀) = (𝐴 smul 𝐵))
Distinct variable groups:   𝑚,𝑛,𝑝,𝐴   𝑛,𝑁   𝜑,𝑛   𝐵,𝑚,𝑛,𝑝
Allowed substitution hints:   𝜑(𝑚,𝑝)   𝑃(𝑚,𝑛,𝑝)   𝑀(𝑚,𝑛,𝑝)   𝑁(𝑚,𝑝)

Proof of Theorem smupvallem
Dummy variables 𝑘 𝑥 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 smuval.a . . . . . . 7 (𝜑𝐴 ⊆ ℕ0)
2 smuval.b . . . . . . 7 (𝜑𝐵 ⊆ ℕ0)
3 smuval.p . . . . . . 7 𝑃 = seq0((𝑝 ∈ 𝒫 ℕ0, 𝑚 ∈ ℕ0 ↦ (𝑝 sadd {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑚𝐴 ∧ (𝑛𝑚) ∈ 𝐵)})), (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ if(𝑛 = 0, ∅, (𝑛 − 1))))
41, 2, 3smupf 16515 . . . . . 6 (𝜑𝑃:ℕ0⟶𝒫 ℕ0)
5 smuval.n . . . . . . 7 (𝜑𝑁 ∈ ℕ0)
6 smupvallem.m . . . . . . 7 (𝜑𝑀 ∈ (ℤ𝑁))
7 eluznn0 12959 . . . . . . 7 ((𝑁 ∈ ℕ0𝑀 ∈ (ℤ𝑁)) → 𝑀 ∈ ℕ0)
85, 6, 7syl2anc 584 . . . . . 6 (𝜑𝑀 ∈ ℕ0)
94, 8ffvelcdmd 7105 . . . . 5 (𝜑 → (𝑃𝑀) ∈ 𝒫 ℕ0)
109elpwid 4609 . . . 4 (𝜑 → (𝑃𝑀) ⊆ ℕ0)
1110sseld 3982 . . 3 (𝜑 → (𝑘 ∈ (𝑃𝑀) → 𝑘 ∈ ℕ0))
121, 2, 3smufval 16514 . . . . 5 (𝜑 → (𝐴 smul 𝐵) = {𝑘 ∈ ℕ0𝑘 ∈ (𝑃‘(𝑘 + 1))})
13 ssrab2 4080 . . . . 5 {𝑘 ∈ ℕ0𝑘 ∈ (𝑃‘(𝑘 + 1))} ⊆ ℕ0
1412, 13eqsstrdi 4028 . . . 4 (𝜑 → (𝐴 smul 𝐵) ⊆ ℕ0)
1514sseld 3982 . . 3 (𝜑 → (𝑘 ∈ (𝐴 smul 𝐵) → 𝑘 ∈ ℕ0))
161ad2antrr 726 . . . . . . 7 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑁 ∈ (ℤ‘(𝑘 + 1))) → 𝐴 ⊆ ℕ0)
172ad2antrr 726 . . . . . . 7 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑁 ∈ (ℤ‘(𝑘 + 1))) → 𝐵 ⊆ ℕ0)
18 simplr 769 . . . . . . 7 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑁 ∈ (ℤ‘(𝑘 + 1))) → 𝑘 ∈ ℕ0)
196adantr 480 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → 𝑀 ∈ (ℤ𝑁))
20 uztrn 12896 . . . . . . . 8 ((𝑀 ∈ (ℤ𝑁) ∧ 𝑁 ∈ (ℤ‘(𝑘 + 1))) → 𝑀 ∈ (ℤ‘(𝑘 + 1)))
2119, 20sylan 580 . . . . . . 7 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑁 ∈ (ℤ‘(𝑘 + 1))) → 𝑀 ∈ (ℤ‘(𝑘 + 1)))
2216, 17, 3, 18, 21smuval2 16519 . . . . . 6 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑁 ∈ (ℤ‘(𝑘 + 1))) → (𝑘 ∈ (𝐴 smul 𝐵) ↔ 𝑘 ∈ (𝑃𝑀)))
2322bicomd 223 . . . . 5 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑁 ∈ (ℤ‘(𝑘 + 1))) → (𝑘 ∈ (𝑃𝑀) ↔ 𝑘 ∈ (𝐴 smul 𝐵)))
246ad2antrr 726 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑘 + 1) ∈ (ℤ𝑁)) → 𝑀 ∈ (ℤ𝑁))
25 simpll 767 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑘 + 1) ∈ (ℤ𝑁)) → 𝜑)
26 fveqeq2 6915 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 = 𝑁 → ((𝑃𝑥) = (𝑃𝑁) ↔ (𝑃𝑁) = (𝑃𝑁)))
2726imbi2d 340 . . . . . . . . . 10 (𝑥 = 𝑁 → ((𝜑 → (𝑃𝑥) = (𝑃𝑁)) ↔ (𝜑 → (𝑃𝑁) = (𝑃𝑁))))
28 fveqeq2 6915 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 = 𝑘 → ((𝑃𝑥) = (𝑃𝑁) ↔ (𝑃𝑘) = (𝑃𝑁)))
2928imbi2d 340 . . . . . . . . . 10 (𝑥 = 𝑘 → ((𝜑 → (𝑃𝑥) = (𝑃𝑁)) ↔ (𝜑 → (𝑃𝑘) = (𝑃𝑁))))
30 fveqeq2 6915 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 = (𝑘 + 1) → ((𝑃𝑥) = (𝑃𝑁) ↔ (𝑃‘(𝑘 + 1)) = (𝑃𝑁)))
3130imbi2d 340 . . . . . . . . . 10 (𝑥 = (𝑘 + 1) → ((𝜑 → (𝑃𝑥) = (𝑃𝑁)) ↔ (𝜑 → (𝑃‘(𝑘 + 1)) = (𝑃𝑁))))
32 fveqeq2 6915 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 = 𝑀 → ((𝑃𝑥) = (𝑃𝑁) ↔ (𝑃𝑀) = (𝑃𝑁)))
3332imbi2d 340 . . . . . . . . . 10 (𝑥 = 𝑀 → ((𝜑 → (𝑃𝑥) = (𝑃𝑁)) ↔ (𝜑 → (𝑃𝑀) = (𝑃𝑁))))
34 eqidd 2738 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (𝑃𝑁) = (𝑃𝑁))
351adantr 480 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑𝑘 ∈ (ℤ𝑁)) → 𝐴 ⊆ ℕ0)
362adantr 480 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑𝑘 ∈ (ℤ𝑁)) → 𝐵 ⊆ ℕ0)
37 eluznn0 12959 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝑁 ∈ ℕ0𝑘 ∈ (ℤ𝑁)) → 𝑘 ∈ ℕ0)
385, 37sylan 580 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑𝑘 ∈ (ℤ𝑁)) → 𝑘 ∈ ℕ0)
3935, 36, 3, 38smupp1 16517 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝜑𝑘 ∈ (ℤ𝑁)) → (𝑃‘(𝑘 + 1)) = ((𝑃𝑘) sadd {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑘𝐴 ∧ (𝑛𝑘) ∈ 𝐵)}))
405nn0red 12588 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (𝜑𝑁 ∈ ℝ)
4140adantr 480 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ((𝜑𝑘 ∈ (ℤ𝑁)) → 𝑁 ∈ ℝ)
4238nn0red 12588 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ((𝜑𝑘 ∈ (ℤ𝑁)) → 𝑘 ∈ ℝ)
43 eluzle 12891 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (𝑘 ∈ (ℤ𝑁) → 𝑁𝑘)
4443adantl 481 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ((𝜑𝑘 ∈ (ℤ𝑁)) → 𝑁𝑘)
4541, 42, 44lensymd 11412 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((𝜑𝑘 ∈ (ℤ𝑁)) → ¬ 𝑘 < 𝑁)
46 smupvallem.a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 (𝜑𝐴 ⊆ (0..^𝑁))
4746adantr 480 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ((𝜑𝑘 ∈ (ℤ𝑁)) → 𝐴 ⊆ (0..^𝑁))
4847sseld 3982 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ((𝜑𝑘 ∈ (ℤ𝑁)) → (𝑘𝐴𝑘 ∈ (0..^𝑁)))
49 elfzolt2 13708 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (𝑘 ∈ (0..^𝑁) → 𝑘 < 𝑁)
5048, 49syl6 35 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ((𝜑𝑘 ∈ (ℤ𝑁)) → (𝑘𝐴𝑘 < 𝑁))
5150adantrd 491 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((𝜑𝑘 ∈ (ℤ𝑁)) → ((𝑘𝐴 ∧ (𝑛𝑘) ∈ 𝐵) → 𝑘 < 𝑁))
5245, 51mtod 198 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝜑𝑘 ∈ (ℤ𝑁)) → ¬ (𝑘𝐴 ∧ (𝑛𝑘) ∈ 𝐵))
5352ralrimivw 3150 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑𝑘 ∈ (ℤ𝑁)) → ∀𝑛 ∈ ℕ0 ¬ (𝑘𝐴 ∧ (𝑛𝑘) ∈ 𝐵))
54 rabeq0 4388 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ({𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑘𝐴 ∧ (𝑛𝑘) ∈ 𝐵)} = ∅ ↔ ∀𝑛 ∈ ℕ0 ¬ (𝑘𝐴 ∧ (𝑛𝑘) ∈ 𝐵))
5553, 54sylibr 234 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑𝑘 ∈ (ℤ𝑁)) → {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑘𝐴 ∧ (𝑛𝑘) ∈ 𝐵)} = ∅)
5655oveq2d 7447 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝜑𝑘 ∈ (ℤ𝑁)) → ((𝑃𝑘) sadd {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑘𝐴 ∧ (𝑛𝑘) ∈ 𝐵)}) = ((𝑃𝑘) sadd ∅))
574adantr 480 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝜑𝑘 ∈ (ℤ𝑁)) → 𝑃:ℕ0⟶𝒫 ℕ0)
5857, 38ffvelcdmd 7105 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑𝑘 ∈ (ℤ𝑁)) → (𝑃𝑘) ∈ 𝒫 ℕ0)
5958elpwid 4609 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑𝑘 ∈ (ℤ𝑁)) → (𝑃𝑘) ⊆ ℕ0)
60 sadid1 16505 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑃𝑘) ⊆ ℕ0 → ((𝑃𝑘) sadd ∅) = (𝑃𝑘))
6159, 60syl 17 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝜑𝑘 ∈ (ℤ𝑁)) → ((𝑃𝑘) sadd ∅) = (𝑃𝑘))
6239, 56, 613eqtrd 2781 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑𝑘 ∈ (ℤ𝑁)) → (𝑃‘(𝑘 + 1)) = (𝑃𝑘))
6362eqeq1d 2739 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑𝑘 ∈ (ℤ𝑁)) → ((𝑃‘(𝑘 + 1)) = (𝑃𝑁) ↔ (𝑃𝑘) = (𝑃𝑁)))
6463biimprd 248 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑘 ∈ (ℤ𝑁)) → ((𝑃𝑘) = (𝑃𝑁) → (𝑃‘(𝑘 + 1)) = (𝑃𝑁)))
6564expcom 413 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 ∈ (ℤ𝑁) → (𝜑 → ((𝑃𝑘) = (𝑃𝑁) → (𝑃‘(𝑘 + 1)) = (𝑃𝑁))))
6665a2d 29 . . . . . . . . . 10 (𝑘 ∈ (ℤ𝑁) → ((𝜑 → (𝑃𝑘) = (𝑃𝑁)) → (𝜑 → (𝑃‘(𝑘 + 1)) = (𝑃𝑁))))
6727, 29, 31, 33, 34, 66uzind4i 12952 . . . . . . . . 9 (𝑀 ∈ (ℤ𝑁) → (𝜑 → (𝑃𝑀) = (𝑃𝑁)))
6824, 25, 67sylc 65 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑘 + 1) ∈ (ℤ𝑁)) → (𝑃𝑀) = (𝑃𝑁))
69 simpr 484 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑘 + 1) ∈ (ℤ𝑁)) → (𝑘 + 1) ∈ (ℤ𝑁))
7027, 29, 31, 31, 34, 66uzind4i 12952 . . . . . . . . 9 ((𝑘 + 1) ∈ (ℤ𝑁) → (𝜑 → (𝑃‘(𝑘 + 1)) = (𝑃𝑁)))
7169, 25, 70sylc 65 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑘 + 1) ∈ (ℤ𝑁)) → (𝑃‘(𝑘 + 1)) = (𝑃𝑁))
7268, 71eqtr4d 2780 . . . . . . 7 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑘 + 1) ∈ (ℤ𝑁)) → (𝑃𝑀) = (𝑃‘(𝑘 + 1)))
7372eleq2d 2827 . . . . . 6 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑘 + 1) ∈ (ℤ𝑁)) → (𝑘 ∈ (𝑃𝑀) ↔ 𝑘 ∈ (𝑃‘(𝑘 + 1))))
741ad2antrr 726 . . . . . . 7 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑘 + 1) ∈ (ℤ𝑁)) → 𝐴 ⊆ ℕ0)
752ad2antrr 726 . . . . . . 7 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑘 + 1) ∈ (ℤ𝑁)) → 𝐵 ⊆ ℕ0)
76 simplr 769 . . . . . . 7 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑘 + 1) ∈ (ℤ𝑁)) → 𝑘 ∈ ℕ0)
7774, 75, 3, 76smuval 16518 . . . . . 6 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑘 + 1) ∈ (ℤ𝑁)) → (𝑘 ∈ (𝐴 smul 𝐵) ↔ 𝑘 ∈ (𝑃‘(𝑘 + 1))))
7873, 77bitr4d 282 . . . . 5 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑘 + 1) ∈ (ℤ𝑁)) → (𝑘 ∈ (𝑃𝑀) ↔ 𝑘 ∈ (𝐴 smul 𝐵)))
79 simpr 484 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → 𝑘 ∈ ℕ0)
8079nn0zd 12639 . . . . . . 7 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → 𝑘 ∈ ℤ)
8180peano2zd 12725 . . . . . 6 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑘 + 1) ∈ ℤ)
825nn0zd 12639 . . . . . . 7 (𝜑𝑁 ∈ ℤ)
8382adantr 480 . . . . . 6 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → 𝑁 ∈ ℤ)
84 uztric 12902 . . . . . 6 (((𝑘 + 1) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) → (𝑁 ∈ (ℤ‘(𝑘 + 1)) ∨ (𝑘 + 1) ∈ (ℤ𝑁)))
8581, 83, 84syl2anc 584 . . . . 5 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑁 ∈ (ℤ‘(𝑘 + 1)) ∨ (𝑘 + 1) ∈ (ℤ𝑁)))
8623, 78, 85mpjaodan 961 . . . 4 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑘 ∈ (𝑃𝑀) ↔ 𝑘 ∈ (𝐴 smul 𝐵)))
8786ex 412 . . 3 (𝜑 → (𝑘 ∈ ℕ0 → (𝑘 ∈ (𝑃𝑀) ↔ 𝑘 ∈ (𝐴 smul 𝐵))))
8811, 15, 87pm5.21ndd 379 . 2 (𝜑 → (𝑘 ∈ (𝑃𝑀) ↔ 𝑘 ∈ (𝐴 smul 𝐵)))
8988eqrdv 2735 1 (𝜑 → (𝑃𝑀) = (𝐴 smul 𝐵))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wb 206  wa 395  wo 848   = wceq 1540  wcel 2108  wral 3061  {crab 3436  wss 3951  c0 4333  ifcif 4525  𝒫 cpw 4600   class class class wbr 5143  cmpt 5225  wf 6557  cfv 6561  (class class class)co 7431  cmpo 7433  cr 11154  0cc0 11155  1c1 11156   + caddc 11158   < clt 11295  cle 11296  cmin 11492  0cn0 12526  cz 12613  cuz 12878  ..^cfzo 13694  seqcseq 14042   sadd csad 16457   smul csmu 16458
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1795  ax-4 1809  ax-5 1910  ax-6 1967  ax-7 2007  ax-8 2110  ax-9 2118  ax-10 2141  ax-11 2157  ax-12 2177  ax-ext 2708  ax-rep 5279  ax-sep 5296  ax-nul 5306  ax-pow 5365  ax-pr 5432  ax-un 7755  ax-inf2 9681  ax-cnex 11211  ax-resscn 11212  ax-1cn 11213  ax-icn 11214  ax-addcl 11215  ax-addrcl 11216  ax-mulcl 11217  ax-mulrcl 11218  ax-mulcom 11219  ax-addass 11220  ax-mulass 11221  ax-distr 11222  ax-i2m1 11223  ax-1ne0 11224  ax-1rid 11225  ax-rnegex 11226  ax-rrecex 11227  ax-cnre 11228  ax-pre-lttri 11229  ax-pre-lttrn 11230  ax-pre-ltadd 11231  ax-pre-mulgt0 11232  ax-pre-sup 11233
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 849  df-3or 1088  df-3an 1089  df-xor 1512  df-tru 1543  df-fal 1553  df-had 1594  df-cad 1607  df-ex 1780  df-nf 1784  df-sb 2065  df-mo 2540  df-eu 2569  df-clab 2715  df-cleq 2729  df-clel 2816  df-nfc 2892  df-ne 2941  df-nel 3047  df-ral 3062  df-rex 3071  df-rmo 3380  df-reu 3381  df-rab 3437  df-v 3482  df-sbc 3789  df-csb 3900  df-dif 3954  df-un 3956  df-in 3958  df-ss 3968  df-pss 3971  df-nul 4334  df-if 4526  df-pw 4602  df-sn 4627  df-pr 4629  df-op 4633  df-uni 4908  df-int 4947  df-iun 4993  df-disj 5111  df-br 5144  df-opab 5206  df-mpt 5226  df-tr 5260  df-id 5578  df-eprel 5584  df-po 5592  df-so 5593  df-fr 5637  df-se 5638  df-we 5639  df-xp 5691  df-rel 5692  df-cnv 5693  df-co 5694  df-dm 5695  df-rn 5696  df-res 5697  df-ima 5698  df-pred 6321  df-ord 6387  df-on 6388  df-lim 6389  df-suc 6390  df-iota 6514  df-fun 6563  df-fn 6564  df-f 6565  df-f1 6566  df-fo 6567  df-f1o 6568  df-fv 6569  df-isom 6570  df-riota 7388  df-ov 7434  df-oprab 7435  df-mpo 7436  df-om 7888  df-1st 8014  df-2nd 8015  df-frecs 8306  df-wrecs 8337  df-recs 8411  df-rdg 8450  df-1o 8506  df-2o 8507  df-oadd 8510  df-er 8745  df-map 8868  df-pm 8869  df-en 8986  df-dom 8987  df-sdom 8988  df-fin 8989  df-sup 9482  df-inf 9483  df-oi 9550  df-dju 9941  df-card 9979  df-pnf 11297  df-mnf 11298  df-xr 11299  df-ltxr 11300  df-le 11301  df-sub 11494  df-neg 11495  df-div 11921  df-nn 12267  df-2 12329  df-3 12330  df-n0 12527  df-xnn0 12600  df-z 12614  df-uz 12879  df-rp 13035  df-fz 13548  df-fzo 13695  df-fl 13832  df-mod 13910  df-seq 14043  df-exp 14103  df-hash 14370  df-cj 15138  df-re 15139  df-im 15140  df-sqrt 15274  df-abs 15275  df-clim 15524  df-sum 15723  df-dvds 16291  df-bits 16459  df-sad 16488  df-smu 16513
This theorem is referenced by:  smupval  16525
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