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出版者:Prentice Hall

作者:Thomas Engel

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2006-04-09

价格:USD 175.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780805338256

丛书系列:

图书标签:

• 物理化学
• 化学
• 斯巴达软件
• 学生版
• 计算化学
• 热力学
• 量子化学
• 统计力学
• 化学软件
• 理论化学

物理化学：从基础理论到前沿应用 本书旨在为物理化学学习者提供一个全面、深入且易于理解的知识框架，涵盖从经典热力学到量子力学、从反应动力学到统计力学的核心概念与应用。我们聚焦于构建坚实的理论基础，并展示这些基础如何在现代科学研究和工程实践中发挥关键作用。 --- 第一部分：热力学基础与宏观世界 本部分致力于构建学习物理化学的基石——热力学。我们从最基本的概念出发，逐步深入到化学过程的能量转换和自发性判断。 第一章：基本概念与热力学第一定律 本章首先界定物理化学的研究范畴，明确系统、环境、边界、过程等核心术语。随后，详细阐述功、热、内能的概念及其相互关系，引出热力学第一定律——能量守恒定律在宏观系统中的体现。我们将通过大量的实例分析，区分不同路径下的功和热，包括体积功、非体积功等。本章特别强调状态函数与路径函数的区别，为后续深入分析打下概念基础。重点讨论恒容过程和恒压过程中的热量测量，并引入比热容和焓的概念，为化学反应热计算做铺垫。 第二章：热力学第二定律与熵 熵是物理化学中最具挑战性但又至关重要的概念之一。本章深入探讨热力学第二定律的各种表述形式，从克劳修斯表述到开尔文-普朗克表述。核心在于理解熵的统计力学意义和热力学定义（$dS = delta Q_{rev}/T$）。我们详细分析了热力学过程中熵变的方向性，并引入了热力学第三定律，确定绝对零度下的熵值。本章还将讨论与熵密切相关的其他热力学函数，如亥姆霍兹自由能 ($A$) 和吉布斯自由能 ($G$)，阐明它们作为化学反应和相变过程中自发性判据的决定性作用。通过大量实际案例，如卡诺循环的效率分析，巩固对第二定律的理解。 第三章：化学平衡与相平衡 化学反应的本质在于趋向平衡状态。本章将吉布斯自由能与化学平衡常数 ($K$) 直接联系起来，推导出 $Delta G^ominus = -RT ln K$ 这一核心关系。我们详细讨论了温度、压力对平衡位置的影响，重点讲解了勒夏特列原理在定量分析中的应用，包括平衡常数随温度的变化（范特霍夫方程）。 相平衡部分则侧重于单组分和多组分系统的相图分析。对于单组分系统，详细解析了相律（吉布斯相律）的应用，并深入探讨了液-气、固-液、固-气三相点的热力学意义。对于多组分系统，本章引入了化学势的概念，作为衡量物质在混合物中能量状态的关键参数，并在此基础上推导了分配定律和蒸汽压的计算模型。 第四章：溶液的热力学 本章将热力学原理应用于溶液体系，尤其关注稀溶液的性质。我们首先定义依数性（colligative properties），如蒸气压下降、沸点升高、凝固点降低和渗透压，并从热力学的角度解释这些现象的微观根源。重点讨论理想溶液和非理想溶液的概念，引入活度和活度系数来修正理想溶液模型。对于电解质溶液，我们将介绍德拜-休克尔理论，用于描述离子间长程相互作用对溶液性质的影响。此外，本章还将涉及液-液萃取和液-固溶解度的热力学分析。 --- 第二部分：化学动力学与反应速率 本部分将视角从平衡态转移到非平衡态，探讨化学反应如何随时间发生，以及影响反应速率的因素。 第五章：反应速率定律与反应机理 本章是动力学的起点，定义了反应速率，并区分了瞬时速率和平均速率。核心在于速率定律的确定——如何通过实验数据确定反应级数和速率常数 ($k$)。我们详细分析了零级、一级、二级反应的积分式和半衰期。随后，将概念扩展到更复杂的反应，如平行反应、连串反应和逆反应。本章还深入探讨了反应机理（Elementary steps）的概念，并介绍了稳态近似法（Steady-State Approximation）和预平衡近似法，以简化复杂反应机理的速率表达式。 第六章：反应速率的温度依赖性与碰撞理论 阿累尼乌斯方程是描述温度对速率影响的经验关系。本章首先从实验角度详述了阿累尼乌斯关系及其参数（活化能 $E_a$ 和指前因子 $A$）的意义。随后，引入微观的碰撞理论，解释了反应物分子如何通过有效的碰撞发生反应，并推导出速率常数与碰撞频率、空间因子和活化能的关系。 第七章：过渡态理论 (TST) 碰撞理论在处理复杂分子反应时存在局限性。本章引入了更精细的过渡态理论（也称活化络合理论）。我们解释了准平衡假设在活化络合上的应用，并详细推导了基于统计力学和热力学函数的过渡态理论速率方程。通过比较 TST 和阿累尼乌斯模型，读者可以更深刻地理解活化吉布斯自由能 ($Delta G^ddagger$) 在决定反应速率中的作用，及其与焓和熵的分解关系。本章还将探讨溶剂效应和催化剂作用的动力学本质。 --- 第三部分：量子化学与分子光谱 本部分转向微观层面，探索物质的结构、性质和相互作用如何由量子力学原理决定。 第八章：基础量子力学原理 为理解分子结构，必须掌握量子力学的基本假设。本章介绍波函数 ($Psi$)、薛定谔方程（定态与含时）和算符的概念。重点讨论本征值方程、本征函数及其物理意义。我们通过一维无限深势阱模型（粒子在盒中）和谐振子模型来阐释量子化现象，并引入角动量和氢原子的薛定谔方程的解，为理解原子轨道和分子轨道打下坚实基础。 第九章：原子结构与分子轨道理论 本章将量子力学的知识应用于多电子原子。通过泡利不相容原理和洪特规则，解释了元素周期表的结构。随后，核心内容转向分子结构——价键理论（VB）和分子轨道理论（MO）。详细分析了如何使用原子轨道线性组合（LCAO）构建分子轨道，并成功预测双原子分子的键级和磁性。本章将扩展到更复杂的体系，介绍杂化轨道理论及其在解释分子几何构型中的优势。 第十章：集团论基础与分子对称性 化学系统和分子性质的许多方面都与对称性相关。本章引入集团论的基本概念，如点群、对称操作、乘法表和不可约表示。通过识别常见分子的点群，读者将学习如何利用对称性简化量子力学计算，并预测分子的振动模式。集团论为理解红外和拉曼光谱的选择定则提供了必要的数学工具。 第十一章：分子光谱学 分子光谱是研究分子能级结构和动力学变化的重要手段。本章分类讲解了分子吸收和发射不同电磁辐射的原理： 旋转光谱（微波）： 讨论刚性转子的模型，计算转动常数和转动能级，并推导出选择定则。 振动光谱（红外和拉曼）： 介绍简谐振子模型，讨论红外吸收的条件（偶极矩变化）和拉曼散射的原理（极化率变化）。重点分析振动能级和零点能。 电子光谱（紫外-可见光）： 基于分子轨道理论，解释 $pi o pi^$、 $n o pi^$ 等电子跃迁，并引入朗德因子和斯托克斯位移等概念。 --- 第四部分：统计力学与分子间作用 统计力学是连接微观世界（分子运动）和宏观性质（热力学函数）的桥梁。 第十二章：统计热力学导论 本章从概率论和统计分布出发，解释宏观性质如何从大量粒子的集体行为中涌现。核心是玻尔兹曼分布，它描述了体系中粒子在不同能级上的占据概率。我们详细推导了配分函数 ($Z$) 的概念，并展示如何从配分函数出发，计算内能 ($U$)、熵 ($S$)、压力 ($P$) 和吉布斯自由能 ($G$) 等所有宏观热力学量。本章将区分不同类型的配分函数（平动、转动、振动、电子）及其在不同温度下的贡献。 第十三章：分子间作用力与凝聚态 分子间的相互作用力是决定物质聚集态性质的关键。本章分类讨论了主要的分子间作用力：范德华力（取向力、诱导力、伦敦色散力）、偶极-偶极作用和氢键。我们将这些微观作用力与宏观性质（如沸点、溶解度）联系起来。 在凝聚态方面，重点分析液体和固体的结构。对于液体，讨论了结构模型（如连续模型和平均势场模型）和输运性质（如粘度和扩散）。对于固体，详细阐述了晶体结构、晶格能的计算（基于静电和范德华作用），以及晶格振动对热容的贡献（如德拜模型）。 总结： 本书结构严谨，逻辑清晰，力求在严格的数学推导和直观的物理图像之间找到最佳平衡。通过对热力学、动力学、量子化学和统计力学的系统性学习，读者将不仅掌握物理化学的知识体系，更重要的是，能够运用这些工具解决复杂的化学、材料科学和生物物理学问题。

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我必须承认，在接触《Physical Chemistry with Spartan Student Physical Chemistry Software》之前，我对物理化学的理解一直停留在相对基础的层面，那些关于统计力学、量子力学和光谱学的复杂推导，总让我望而却步。然而，这本书的出现彻底颠覆了我的认知。作者巧妙地将理论知识与Spartan软件的强大功能融为一体，为我打开了一扇通往物理化学核心领域的大门。我最欣赏的是作者的循序渐进的教学方法。他并非直接跳入深奥的数学证明，而是先从直观的物理图像和化学现象入手，逐步引导读者理解问题的本质。然后，他会将这些概念与Spartan软件中的具体应用相结合，让我能够通过模拟实验来验证理论。比如，在讲解自由能时，我不再只是理解它的定义，而是能够通过Spartan模拟不同温度和压力下的化学反应，观察自由能的变化趋势，甚至预测反应的自发性。这种将抽象概念转化为可操作、可观察的实验过程，极大地增强了我对知识的掌握程度。书中大量的插图和图表，也为理解复杂的概念提供了极大的帮助。特别是Spartan软件生成的分子结构图和能量剖面图，它们将那些原本只能在脑海中想象的微观世界具象化，让学习过程变得生动有趣。此外，本书还提供了丰富的练习题和配套的答案解析，这些题目不仅考察了理论知识，更侧重于如何运用Spartan软件解决实际的化学问题。我通过完成这些练习，不仅巩固了课堂所学，更培养了独立解决问题的能力。这本书让我深刻体会到，物理化学并非遥不可及的科学，而是可以通过现代计算工具来探索和理解的迷人领域。

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说实话，在收到《Physical Chemistry with Spartan Student Physical Chemistry Software》之前，我对物理化学的印象是“硬核”的，充满着复杂的数学公式和抽象的概念，我一直担心自己无法完全掌握。然而，这本书完全打破了我的固有认知。作者以一种极其友好的方式，将物理化学的各个分支，从热力学、动力学到量子化学和光谱学，都进行了系统而深入的讲解。最让我惊喜的是，这本书并没有将Spartan软件仅仅作为附带的工具，而是将其视为理解和实践物理化学的“另一半”。书中的每一章都精心设计了与Spartan软件相结合的学习模块。例如，在讲解分子振动时，我不再只是看那些复杂的振动模式图，而是可以在Spartan中构建分子模型，进行振动频率的计算，并且可以可视化地观察每个振动模式对应的原子运动。这种身临其境的学习体验，让我对抽象的振动理论有了颠覆性的认识。作者的讲解风格非常生动，他擅长运用类比和实例来解释复杂的概念，使得学习过程充满了趣味性。而且，他对Spartan软件的使用指导也非常详尽，即使是没有接触过此类软件的读者，也能够轻松上手。书中还包含了一些实际的化学问题，需要读者运用所学的知识和Spartan软件来解决，这极大地锻炼了我的分析和解决问题的能力。我通过完成这些练习，不仅巩固了理论知识，更重要的是培养了运用计算化学方法解决实际问题的信心。这本书让我看到了物理化学的“实用性”，它不仅仅是理论的探讨，更是解决现实世界化学问题的强大工具。

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坦白说，《Physical Chemistry with Spartan Student Physical Chemistry Software》这本书的到来，让我在物理化学的学习道路上摆脱了以往的“纸上谈兵”。我过去学习物理化学时，虽然理解了许多理论概念，但总是缺乏一种将其与实际计算和模拟联系起来的途径。这本书恰恰填补了这一空白。作者将物理化学的各个重要分支，从热力学到量子化学，都进行了详实而系统的讲解，并且在每一个部分都巧妙地融入了Spartan软件的应用。我最喜欢的部分是书中关于量子化学的讲解。过去，那些复杂的薛定谔方程和分子轨道理论对我来说如同天书，难以理解。但在这本书的引导下，我能够通过Spartan软件构建不同分子的模型，计算它们的电子结构和能量，并且能够直观地看到分子轨道的分布。这种将抽象概念转化为可视化计算结果的体验，让我对量子化学有了前所未有的清晰认识。作者在讲解Spartan软件的使用时，也非常细致，提供了大量的截图和操作步骤，即使是初学者也能轻松上手。我通过完成书中的练习题，不仅巩固了理论知识，更重要的是培养了独立运用Spartan软件进行化学计算的能力。例如，在学习配体与金属离子的相互作用时，我能够利用Spartan来模拟不同配体与金属离子结合的能量，并分析其结合模式，这对我理解配位化学中的许多现象大有裨益。这本书让我看到了物理化学的“力量”，它不仅仅是理论的探索，更是解决现实世界化学问题的强大工具。

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在我看来，《Physical Chemistry with Spartan Student Physical Chemistry Software》是一本具有里程碑意义的教材。我的物理化学学习经历一直以来都充斥着对抽象概念的理解困难，尤其是那些涉及到微观粒子行为和复杂统计模型的章节。然而，这本书的出版，彻底改变了我的学习方式和认知。作者以一种极其清晰且富有条理的方式，将物理化学的各个关键领域，从热力学定律到量子力学的基本原理，再到光谱学和动力学的深入探讨，都进行了系统性的阐述。最让我印象深刻的是，本书将Spartan软件的强大功能融入到学习过程中，使得理论学习与实践操作无缝衔接。我过去在学习分子光谱学时，仅仅是死记硬背各种光谱的特点，而在这本书的引导下，我能够通过Spartan软件来模拟分子的振动和转动光谱，并将计算结果与实验数据进行比对。这种直观的比较，让我深刻理解了不同分子结构和化学环境如何影响其光谱信号，极大地加深了我对光谱学原理的认识。作者对Spartan软件的使用讲解也非常到位，每一个步骤都清晰明了，并配有精美的图示。这使得我能够在不具备昂贵实验设备的情况下，也能进行高质量的化学模拟计算。书中还包含了一些实际的化学案例研究，需要读者运用所学的理论知识和Spartan软件来解决，这极大地锻炼了我的独立思考和解决问题的能力。这本书让我看到了物理化学的“深度”，它不仅仅是理论的推导，更是可以通过计算模拟来揭示物质本质的强大途径。

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《Physical Chemistry with Spartan Student Physical Chemistry Software》这本书，对于我这样一名渴望深入理解物理化学的读者而言，无疑是一次美妙的探索之旅。在我学习物理化学的过程中，常常会遇到理论知识与实际应用之间的鸿沟，特别是那些需要复杂数学推导和可视化模拟的章节，总是让我感到有些吃力。然而，这本书的出现，恰好弥补了这一不足。作者不仅对物理化学的各个重要分支，例如热力学、化学动力学、量子化学和统计力学，进行了详尽而清晰的讲解，更重要的是，他将Spartan这款强大的计算化学软件巧妙地融入到教学过程中。我非常欣赏书中对于量子化学的阐述方式。过去，我对于分子轨道理论、电子结构计算等概念的理解，往往停留在概念层面。但通过这本书，我能够利用Spartan软件构建不同的分子模型，进行几何优化和电子结构计算，并直观地观察分子轨道的分布以及能量的细微变化。这种“亲手”操作和验证的过程，让原本抽象的理论变得生动具体，我能够更深刻地理解量子化学如何描述和预测分子的性质。此外，书中提供的案例研究也非常丰富，涵盖了从计算反应能垒到预测分子光谱等各种实际问题。我通过完成这些案例，不仅巩固了理论知识，更重要的是培养了独立运用计算化学工具解决实际化学问题的能力。这本书让我看到了物理化学的“应用价值”，它不仅仅是理论的集合，更是解决现实世界化学问题的强大工具。

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《Physical Chemistry with Spartan Student Physical Chemistry Software》这本书，对于我这样一个在物理化学学习上曾经一度感到力不从心的人来说，无疑是一次福音。我的学习路径一直以来都比较侧重于理论，对于那些需要大量计算和模拟的领域，总觉得难以入门。这本书的出现，彻底改变了我的学习方式。作者非常巧妙地将物理化学的经典理论与Spartan这款强大的计算化学软件相结合，为我打开了一扇全新的学习之门。我尤其赞赏作者在介绍每一个重要概念时，都会附带详细的Spartan操作指南和案例分析。比如，在学习反应动力学时，我不再仅仅是记忆速率方程和反应机理，而是能够通过Spartan软件模拟不同条件下化学反应的进程，观察反应物浓度的变化，计算反应速率，甚至可以对反应机理进行假设并验证。这种直接的计算和可视化过程，让我对动力学有了更深刻的理解。书中的章节安排也非常合理，从基础的热力学概念，到复杂的量子力学计算，逻辑清晰，层层递进。每一章都围绕着一个核心的物理化学概念展开，并且都提供了如何利用Spartan软件来深入探讨这些概念的途径。我通过反复练习书中提供的案例，逐渐掌握了如何使用Spartan进行各种计算，例如分子能量优化、过渡态搜索以及光谱模拟。这些实践经验不仅加深了我对理论的理解，更重要的是让我能够自信地运用计算化学工具来解决更复杂的化学问题。这本书让我看到了物理化学的“生命力”，它不仅仅是纸面上的理论，更是可以通过现代计算工具来探索和发现的动态过程。

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我一直认为，物理化学的学习需要理论与实践的有机结合，而《Physical Chemistry with Spartan Student Physical Chemistry Software》这本书，正是完美地实现了这一目标。在我过去的学习经历中，虽然对物理化学的理论框架有所了解，但常常因为缺乏实际的计算和模拟工具，而无法更深入地理解其中的奥秘。这本书的出现，为我打开了一扇全新的大门。作者以循序渐进的方式，清晰地讲解了物理化学的各个核心概念，从热力学中的能量转化，到量子化学中的电子行为，再到动力学中的反应速率。最让我赞叹的是，书中将Spartan软件的使用贯穿始终，将抽象的理论知识转化为可操作的计算过程。例如，在学习化学平衡时，我不再只是理解勒夏特列原理，而是能够通过Spartan软件模拟不同温度和压力下的平衡反应，观察平衡常数的变化，并直观地理解影响平衡移动的因素。这种“做中学”的学习方式，让我对理论知识的掌握更加牢固和深刻。作者在讲解Spartan软件的每一个功能时，都非常细致，并提供了大量的实例和练习题，这使得即使是初学者也能够快速上手。我通过完成这些练习，不仅提升了我的计算能力，更重要的是培养了运用计算化学方法解决实际化学问题的信心。这本书让我看到了物理化学的“内在美”，它不仅仅是公式和定律的集合，更是可以通过计算模拟来探索和揭示物质本质的强大途径。

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《Physical Chemistry with Spartan Student Physical Chemistry Software》这本书，对我而言，不仅仅是一本物理化学教材，更像是一位循循善诱的导师，引领我深入探索化学世界的微观奥秘。我的学习背景相对偏向理论，在面对需要大量计算和模拟的物理化学领域时，常常感到力不从心。然而，这本书的出现，彻底改变了我的学习体验。作者以一种极其清晰且富有逻辑的方式，系统地阐述了物理化学的各个重要分支，从热力学、化学动力学到量子化学和光谱学。最让我印象深刻的是，本书巧妙地将Spartan软件的强大功能融入到学习过程中，使得理论知识的学习与实际的计算和模拟实践无缝连接。例如，在学习分子结构与性质的关系时，我不再只是停留在书本上的抽象描述，而是能够通过Spartan软件构建各种分子的三维模型，进行几何优化，计算电子密度分布，并预测其反应活性。这种直观的“可视化”学习方式，让我对分子的内部结构及其性质之间的联系有了前所未有的深刻理解。作者对Spartan软件的使用指导也非常详尽，提供了大量的操作步骤和案例分析，即使是初学者也能轻松掌握。我通过完成书中提供的练习题，不仅巩固了理论知识，更重要的是培养了独立运用计算化学工具解决实际化学问题的能力。这本书让我看到了物理化学的“生命力”，它不仅仅是理论的推演，更是可以通过现代计算工具来探索和揭示物质本质的强大途径。

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正如书名所示，《Physical Chemistry with Spartan Student Physical Chemistry Software》将物理化学的学习与Spartan软件的实际应用紧密结合，为我提供了一种前所未有的学习体验。在我看来，这本书的价值远不止于一本教科书，它更像是一个交互式的学习平台。我之前在学习物理化学时，常常会遇到理论概念与实际计算脱节的情况。例如，在学习量子化学的基组概念时，我虽然理解了基组的重要性，但却很难直观地感受到不同基组对计算结果的影响。而在这本书的引导下，我可以通过Spartan软件尝试使用不同的基组来计算同一分子的性质，然后对比计算结果的差异，并结合书中的解释，深刻理解基组的选择对计算精度至关重要。作者在讲解每一个重要概念时，都会提供相应的Spartan软件操作示例，并且步骤清晰，易于跟随。这使得我能够直接在电脑上进行模拟，验证理论知识，并且在出错时能够及时纠正。这种“学以致用”的学习模式，让我对物理化学的理解不再停留在表面，而是能够深入到其计算和模拟的层面。书中对统计力学部分的阐述也让我印象深刻。我过去对配分函数等概念感到非常困惑，但书中通过Spartan软件对简单体系进行统计力学计算的演示，让我能够看到温度、体积等参数如何影响分子的宏观性质，这种直观的联系极大地提升了我对统计力学理论的理解。总而言之，这本书不仅仅是传授知识，更重要的是教会我如何运用强大的计算工具去探索化学的奥秘，让物理化学的学习变得更加主动和富有成效。

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这本《Physical Chemistry with Spartan Student Physical Chemistry Software》简直是我学习物理化学道路上的一盏明灯！我一直对物理化学的理论部分感到有些晦涩难懂，尤其是那些抽象的数学公式和量子力学的概念，总觉得隔着一层纱。但自从我翻开这本书，这种感觉就彻底改变了。作者的讲解方式非常独到，他并没有直接抛出大量复杂的公式，而是循序渐进地从最基本的原理入手，用清晰易懂的语言阐述每一个概念。最让我惊艳的是，书中巧妙地融入了Spartan Student Physical Chemistry Software的使用指导。这不仅仅是软件的介绍，更是将理论知识与实际操作紧密结合的绝佳范例。我不再是被动地接受知识，而是能够通过软件进行模拟计算，直观地观察分子结构、能量变化以及反应路径。例如，在学习分子轨道理论时，我不再只是背诵那些复杂的轨道组合图，而是可以直接在Spartan中构建不同分子的模型，计算它们的HOMO和LUMO能级，并通过可视化界面看到电子云的分布。这种“动手”学习的经历，让我对抽象的理论有了更深刻的理解和更牢固的记忆。书中的案例研究也非常丰富，涵盖了从热力学到量子化学的各个领域，每一个案例都配有详细的Spartan操作步骤和结果分析。这让我能够将学到的知识立刻运用到实践中，检验我的理解是否正确。而且，作者在讲解过程中，还会不时地提及一些化学史上的重要发现和关键人物，这为枯燥的科学知识增添了不少趣味性和人文关怀，让我在学习专业知识的同时，也能感受到科学探索的魅力。这本书真的让我看到了物理化学的“样子”，而不仅仅是冰冷的公式和概念。

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