A reconstruction of Neville`s Farey series of order 1025 (1950)

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A reconstruction of
Neville’s Farey series of order 1025
(1950)
Denis Roegel
22 October 2011
This document is part of the LOCOMAT project:
http://locomat.loria.fr
1
Introduction
Eric Harold Neville (1889–1961) was born in London and entered Trinity College in 1907.
There he became acquainted with Bertrand Russell and G. H. Hardy.
In 1914, visiting India, he was instrumental in persuading Srinivasa Ramanujan to go
back with him to England.
Neville worked on a variety of topics, and in particular on Jacobian elliptic functions.
He chaired the Mathematical Tables Committee of the British Association for the Advancement of Science (BAAS) from 1931 to 1947. He contributed two sets of tables,
one on the Farey series of order 1025 (1950) [22] reconstructed here, and another on
rectangular-polar conversion (1956) [23].
2
Farey series
2.1
Introduction
The Farey sequence Fn of order n is the increasing sequence of fractions pq with 0 ≤ p ≤
i+1
i−1
, abii , abi+1
, of the sequence are given, the middle one
q ≤ n. If three consecutive terms abi−1
can be obtained by the mediant property:
ai−1 + ai+1
ai
=
bi−1 + bi+1
bi
This property was described by John Farey (1766–1826) in 1816 [9].
An algorithm for the construction of this sequence had already been given by Haros
in 1802 [14], and the sequence is nowadays called the Haros-Farey sequence [8].
Farey sequences are related to the construction of the Stern-Brocot tree of the rationals [6, 27]. A Farey sequence is sometimes called a “Brocot table” [20].1 Such a table is
useful to find rational approximations of a number.
2.2
The Farey series of order 1025
Neville’s main table [22] gives the fractions 0 < pq ≤ 11 in increasing order and with
q ≤ 1025. Each fraction is given as a triplet (p, q, q − p), which allows to stop the table
at 21 . The fractions following 12 can be read backwards from the end of the table.
Each page contains 400 fractions. The last page contains 282 fractions. This table
covers exactly 400 pages, and contains therefore 159882 fractions. The total number of
fractions, when the two parts of the table are separated, is 159881 × 2 + 1 = 319765, since
the last fraction counts only for one. Each page also gives the value at the end of the
previous page and the value at the beginning of the following page.
1
For an introduction to the construction of the Stern-Brocot tree and Farey sequences, see [15, 16,
12, 13].
i
Apart from its use in finding rational approximations, this table also gives solutions
of the Diophantine equation bx − ay = 1 for 1 ≤ a ≤ b ≤ 1025, with one fraction being ab
and the next one in the series xy . For instance, the solution of 657x − 134y = 1 is found
134
in the second column of page 164, right after the entry 657
, and is x = 103, y = 505.
Using this table is however not that convenient, because it appears difficult to locate
a given ratio in the main table. In his introduction, Neville provides an additional table
(not reproduced here), giving the location of specific fractions, but one reviewer regretted
that decimal equivalents were not given at least for the last value on each page.
2.3
The Farey series of order 50
The main table is followed by three smaller tables. The first one gives the Farey series
of order 50 over two pages. For each fraction pq , a triplet (p, q, q − p) is given, as well as
five-digit decimal equivalents of pq and q−p
.
q
2.4
The Farey series of order 64
The second appendix gives the Farey series of order 64 over one page. For each fraction
p
, a triplet (p, q, q − p) is given.
q
2.5
The Farey integer-series of order 100
The third appendix gives the denominators of the fractions of the Farey series of order
100.
2.6
Neville’s table of factors
This table gives the complete factorization of all integers from 1 to 1049.
3
Reconstruction
For the reconstruction, we have used Pǎtraşcu and Pǎtraşcu’s algorithm. They gave a
very simple way for the computation of the next term of a sequence [24, 26]. If ab < dc < pq
are three consecutive terms, we have a+p
= dc (mediant property) and there is a k such
b+q
j
k
that kc = a + p and kd = b + q. It is easy to show that k = n+b
where n is the
d
greatest possible denominator. Once k is computed, p and q follow. This algorithm is
easily adapted for a decreasing sequence.
ii
4
Acknowledgements
It is our pleasure to acknowledge the help of Scott Guthery who first drew our attention
to Neville’s table.
iii
References
The following list covers the most important references2 related to Neville’s table. Not
all items of this list are mentioned in the text, and the sources which have not been seen
are marked so. We have added notes about the contents of the articles in certain cases.
[1] Raymond Clare Archibald. Scarce mathematical tables. Mathematical Tables and
other Aids to Computation, 1(2):66–67, 1943. [On Brocot’s original table.]
[2] Raymond Clare Archibald. Scarce mathematical tables. Mathematical Tables and
other Aids to Computation, 1(4):132, 1943. [On Brocot’s original table.]
[3] Raymond Clare Archibald. E. H. Neville: The Farey Series of Order 1025 (review).
Mathematical Tables and other Aids to Computation, 5(35):135–139, July 1951.
[4] Paul T. Bateman. Review of E. H. Neville, The Farey series of order 1025,
displaying solutions of the diophantine equation bx − ay = 1. Bulletin of the
American Mathematical Society, 57(4):325–326, 1951.
[5] Thomas Arthur Alan Broadbent. Obituary: Eric Harold Neville. Journal of the
London Mathematical Society, 37:479–482, 1962.
[6] Achille Brocot. Calcul des rouages par approximation, nouvelle méthode. Revue
chronométrique, 3:186–194, 1860.
[7] Achille Brocot. Calcul des rouages par approximation, nouvelle méthode. Paris,
1862. [not seen]
[8] Cristian Cobeli and Alexandru Zaharescu. The Haros-Farey sequence at two
hundred years: A survey. Acta Universitatis Apulensis, Mathematics-Informatics,
5:1–38, 2003.
[9] John Farey. On a curious property of vulgar fractions. Philosophical Magazine,
47:385–386, 1816.
[10] James Whitbread Lee Glaisher. Report of the committee on mathematical tables.
London: Taylor and Francis, 1873. [Also published as part of the “Report of the forty-third
meeting of the British Association for the advancement of science,” London: John Murray, 1874.
2
Note on the titles of the works: Original titles come with many idiosyncrasies and features (line
splitting, size, fonts, etc.) which can often not be reproduced in a list of references. It has therefore
seemed pointless to capitalize works according to conventions which not only have no relation with the
original work, but also do not restore the title entirely. In the following list of references, most title
words (except in German) will therefore be left uncapitalized. The names of the authors have also been
homogenized and initials expanded, as much as possible.
The reader should keep in mind that this list is not meant as a facsimile of the original works. The
original style information could no doubt have been added as a note, but we have not done it here.
iv
A review by R. Radau was published in the Bulletin des sciences mathématiques et
astronomiques, volume 11, 1876, pp. 7–27]
[11] James Whitbread Lee Glaisher. Table, mathematical. In Hugh Chisholm, editor,
The Encyclopædia Britannica, 11th edition, volume 26, pages 325–336. Cambridge,
England: at the University Press, 1911.
[12] Scott B. Guthery. A motif of mathematics: history and application of the mediant
and the Farey sequence. Createspace, 2010.
[13] Godfrey Harold Hardy and Edward Maitland Wright. An introduction to the theory
of numbers. Oxford: Clarendon Press, 1938.
[14] Charles Haros. Tables pour évaluer une fraction ordinaire avec autant de décimales
qu’on voudra ; et pour trouver la fraction ordinaire la plus simple, et qui approche
sensiblement d’une fraction décimale. Journal de l’École Polytechnique, 4:364–368,
1802.
[15] Brian Hayes. On the teeth of wheels. American Scientist, 88(4):296–300,
July-August 2000. [reprinted in [16]]
[16] Brian Hayes. Group theory in the bedroom, and other mathematical diversions.
New York: Hill and Wang, 2008. [This collection of articles contains a reprint of [15]. [17] is
a French translation of this book.]
[17] Brian Hayes. L’horloge de l’éternité. Paris: Vuibert, 2010. [Translation of [16].]
[18] Walter James Langford, Thomas Arthur Alan Broadbent, and Reuben Louis
Goodstein. Obituary: Professor Eric Harold Neville, M.A., B.Sc. The Mathematical
Gazette, 48(364):131–145, May 1964.
[19] Roger Mansuy. Achille Brocot, mathématicien à ses heures, 2008. [available on
http://www.math.ens.fr/culturemath/histoire%20des%20maths]
[20] Henry Edward Merritt. Gear trains, including a Brocot table of decimal equivalents
and a table of factors of all useful numbers up to 200,000. London: Sir Isaac
Pitman & Sons, Ltd., 1947. [The table of useful numbers was reconstructed in [25].]
[21] Eric Harold Neville. The structure of Farey series. Proceedings of the London
Mathematical Society, 51 (series 2):132–144, 1949.
[22] Eric Harold Neville. The Farey series of order 1025, displaying solutions of the
Diophantine equation bx − ay = 1, volume 1 of Royal Society Mathematical Tables.
Cambridge: University Press, 1950.
[23] Eric Harold Neville. Rectangular-polar conversion tables, volume 2 of Royal Society
Mathematical Tables. Cambridge: University Press, 1956. [not seen]
v
[24] Corina E. Pǎtraşcu and Mihai Pǎtraşcu. Computing order statistics in the Farey
sequence. In Proceedings of the 6th Algorithmic Number Theory Symposium
(ANTS 2004), volume 3076 of Lecture Notes in Computer Science, pages 358–366.
Springer, 2004.
[25] Denis Roegel. A reconstruction of Merritt’s table of “useful numbers” (1947).
Technical report, LORIA, 2011. [This is a reconstruction of the table in [20].]
[26] Norman Routledge. Computing Farey series. The Mathematical Gazette,
92(523):55–62, March 2008.
[27] Moritz Abraham Stern. Über eine zahlentheoretische Funktion. Journal für die
reine und angewandte Mathematik, 55(3):193–220, 1858.
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Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)
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Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

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
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
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

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
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
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Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)
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




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











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
















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

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

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


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



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









































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)














































































































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
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

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











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




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

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
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
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





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
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
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






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


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

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


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
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

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
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


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




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
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
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
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


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
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





















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









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



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









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














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
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
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
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

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




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
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
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

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
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
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
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
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
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
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
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
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
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

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
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


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







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






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

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




















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









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
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


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

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








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







































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













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





















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





















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


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





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

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



























































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
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

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
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

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
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


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

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
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
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


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
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


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


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






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

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



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







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




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

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

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

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
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
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
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
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



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


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

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

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

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


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

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

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


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






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

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
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
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
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
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
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
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
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
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


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



















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
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

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

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



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















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

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







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












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
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
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
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







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



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




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
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




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
































































































































































Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

























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






















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

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























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




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













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

































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





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
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












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





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



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
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


























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












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




























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













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











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






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
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
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
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








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




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

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
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











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






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


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

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
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












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



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
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

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
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
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
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





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


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
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
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
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
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

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
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
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
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
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

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
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

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


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

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
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






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
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
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
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
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


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

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
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
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

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
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
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
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
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

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

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
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

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
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


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





Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

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

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
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

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
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




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


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
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

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

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
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
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

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
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

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

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

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
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

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
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



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
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

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
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


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

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


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
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
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

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
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
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
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
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

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
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
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
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
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

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
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



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
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

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



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
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
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



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

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
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
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
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
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
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

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
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
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


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
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
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
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
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

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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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

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






Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)







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
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

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

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
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





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



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
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
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
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
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


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


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
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
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
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




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

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








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


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
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
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
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
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

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
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
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
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


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
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
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


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
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
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
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
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

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

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


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
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
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
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


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

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
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
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
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

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
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

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

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
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

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

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
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
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

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

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
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
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
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
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

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

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


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
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

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
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
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
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
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
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
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
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


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




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




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
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
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
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
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
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
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
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
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






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

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



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

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

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
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
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
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
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
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
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


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



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
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

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
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



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

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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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

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

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
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







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
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

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
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
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
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
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

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
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
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
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
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
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

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
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
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

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
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
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
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
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
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
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
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



Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

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
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
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
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
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
Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

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
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
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
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
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

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
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
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
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
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

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

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
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
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
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
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
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
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
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

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
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

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
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



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
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
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
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
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
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
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
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
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
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

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
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


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

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
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

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

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
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







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

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
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
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
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
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
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
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
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


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
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
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
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
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

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


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
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
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
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
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
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



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
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
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



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















Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)












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

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
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


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
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
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

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
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
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

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
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
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



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

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
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

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
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
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
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
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
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


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





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
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
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
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

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

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
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

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
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

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
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
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
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

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
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
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
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
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


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

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




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




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




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




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


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
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








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


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






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

































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
















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

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



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


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


















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
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




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

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
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

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
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




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

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



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
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
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

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















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


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





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















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







































































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






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





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

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










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

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
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

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






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









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

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
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





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


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
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
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
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
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

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
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

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
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


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
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
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

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

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
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
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

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
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
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
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Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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

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

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
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
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
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
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


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
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

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

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

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

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
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

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
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

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



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
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



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
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
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
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
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
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
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

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
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
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
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
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
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





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


Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)



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
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
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
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
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
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
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
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
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

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
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
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
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
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
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

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

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
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
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
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
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

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




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


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





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
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
















Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)








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
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





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









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








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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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

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
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

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



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

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

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
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
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
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
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
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
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
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
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
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


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

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
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

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


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

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
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

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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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

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
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
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
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
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
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
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
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

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
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
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
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
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
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
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
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
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
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

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
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



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


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
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




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



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
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
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




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







Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)








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

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
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

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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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





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
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

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
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
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


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
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
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



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




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

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


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

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



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
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

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
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
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


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





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
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


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
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

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
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
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
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
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

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


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




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




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


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




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
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

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
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
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

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


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

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

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




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




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
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
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
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


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






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
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
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

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


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





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




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






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

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
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

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

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
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


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
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
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
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

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

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

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
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

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
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
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

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

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
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
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
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
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
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
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
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Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)
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
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
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
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
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

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
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

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
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
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

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
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



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



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
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



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
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
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
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
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

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
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
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
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
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
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


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
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

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
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


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
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
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
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

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
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
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



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

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

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
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
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

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


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


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


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






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
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
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



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
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
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
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



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

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

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
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
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
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
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


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
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
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

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
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

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
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
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
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

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


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
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


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
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
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
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

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
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

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
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

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

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

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
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


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
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
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
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
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
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
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
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
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

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

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
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
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
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

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
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
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



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

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
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
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
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

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
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
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

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
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












Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)








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
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
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
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
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
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
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

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
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
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
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


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


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


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


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

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




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

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

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

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
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
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
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




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


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



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
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
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
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
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
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
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
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
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


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

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
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
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
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
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

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
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

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
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

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
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
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
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
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
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
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
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





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












Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)



















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


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
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




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
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


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


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
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
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
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
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
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
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


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
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

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


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




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















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




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
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

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
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
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

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
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


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
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
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







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





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
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



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
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
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

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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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






Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)





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
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
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
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
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
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
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
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
Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

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
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
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
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
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
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

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
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
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


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
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
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
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
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
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
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
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

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
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
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
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

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
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

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


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




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
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
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

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
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
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


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

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
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





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


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

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

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

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
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
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




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

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
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

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
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
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
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
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

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
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
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



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






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
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

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
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
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








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
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
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
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
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
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
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
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

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
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
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
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
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

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
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
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
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
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
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
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
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
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
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

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

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
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
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
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
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
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
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









Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)












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
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


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
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
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

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
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
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
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
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Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

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
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
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Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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


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
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
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
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
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



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
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



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

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
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

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

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

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
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
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


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

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

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
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
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

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
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

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


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
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
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









Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)







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
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
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
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
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

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

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


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

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

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
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
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
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

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
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
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








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
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
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
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
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
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


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
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


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

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









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


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

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
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
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
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




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
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
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


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


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
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



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

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


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
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
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
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


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



















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

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





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

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
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

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




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
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

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

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
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
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

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

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
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
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

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
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
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

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















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


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

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
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
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
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






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
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
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

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
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


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
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
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












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

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
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



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

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
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



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
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
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
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
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





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

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






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
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
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

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

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


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
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

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

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
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
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
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







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



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




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
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














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













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

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







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







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













































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







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



















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





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














































Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)
























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
























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
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











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

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





































































































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




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





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

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




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













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

















































































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
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
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
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
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

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




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
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
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

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

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
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
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
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
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


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
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
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



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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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

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


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









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



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



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







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
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






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
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





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












Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)









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
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

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
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

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
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


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
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

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
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
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
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
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
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

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
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
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
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


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
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
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



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




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
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
















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


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


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
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
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
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

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




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









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


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


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
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

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
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
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
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
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
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
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
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



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
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
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
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
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

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
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

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

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




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






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



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


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








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







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

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
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



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
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





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
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















































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
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
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
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
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Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)
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Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

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
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
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




Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

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

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
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
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
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

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
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
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Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)
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
Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

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
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
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
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
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
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
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
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

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
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


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



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







Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)








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
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
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
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





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Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)


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
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
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
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
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
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
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
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
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


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

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
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
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
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
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
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

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
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
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
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
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



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
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


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
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
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
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
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
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



Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

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
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
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


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
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
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
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Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

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
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
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
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









Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)





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

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
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
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







Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

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


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
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
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
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
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
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
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
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



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
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
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
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
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
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
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
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
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




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
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

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
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
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

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
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
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
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
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













Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)







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

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

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
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

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
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



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
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
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
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

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



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

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



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
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
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

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

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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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







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
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




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


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

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



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

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
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


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
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




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
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



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



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



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







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


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


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








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


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


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
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

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
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

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



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


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
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

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

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

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








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





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







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

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
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
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

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
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
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
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
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
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

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

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
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
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
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
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


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


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
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
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
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

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

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
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

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

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
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




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
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













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



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

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
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
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

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


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
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

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
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
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
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
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


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
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

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


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
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
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
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
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
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
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
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Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)
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
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
Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)



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
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




Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

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
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
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
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
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
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
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
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










Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)







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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

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
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

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
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

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
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
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
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
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
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
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







Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)








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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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

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
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
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

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


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
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









Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)









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
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
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
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


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










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
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
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
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
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



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

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
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
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



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


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



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


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




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

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




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





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




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
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


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

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
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
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
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
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
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
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

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
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

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



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
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
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


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




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





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



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
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




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

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



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

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
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
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




















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
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

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

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

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


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
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
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
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




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


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

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
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
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

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








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

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
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
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
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
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
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

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

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
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
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
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
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
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
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

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
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
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
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
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

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


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


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



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
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
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



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





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





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
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
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
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

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
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

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
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
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


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
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
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









Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)


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

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

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
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
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
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
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
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
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
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


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


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
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
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

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
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

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


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


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
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
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


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
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
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
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
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


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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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


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
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

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
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

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
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
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
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
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
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
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

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
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
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

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


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

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
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
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

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
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
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

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
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
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
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
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
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
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
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
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
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Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

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






Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

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
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

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
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Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

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
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
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Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)
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Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

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Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

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Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)
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Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

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
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
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
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
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
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
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
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


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
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
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
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

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
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
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


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
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
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
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
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
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
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
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

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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)



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


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
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

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
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
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
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
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
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
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
Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

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
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




Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

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
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

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

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
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Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

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
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
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
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


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
Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

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Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)
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
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
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

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
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
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
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
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
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
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
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
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

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
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
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

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
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
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
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
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

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









Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)





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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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

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
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
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
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


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







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
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
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


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

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
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





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

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
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

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
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
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

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
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
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
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


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


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
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

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
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
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
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
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
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
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


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



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


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
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
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
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
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
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

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


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









Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)





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
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

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
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





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


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


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
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

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
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Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

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
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
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

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
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
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
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
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
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
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
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
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


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



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
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



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

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
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
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


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
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



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
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

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
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
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

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



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






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







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
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





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
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
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



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





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
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




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




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
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
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

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
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

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
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




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












































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



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





















Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)





























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


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
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









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

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










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
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




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


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

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


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
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




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


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
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

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

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




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
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















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
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





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




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




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





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















































































































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






























































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


























































































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






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






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
















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



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



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











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









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














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









































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





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



















































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







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




















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






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

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
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



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
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


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

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
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

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

Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)



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
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
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
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

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
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


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

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



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
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

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
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
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

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





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


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
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
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

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
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
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

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

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
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

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
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





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
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
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
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
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
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
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
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
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
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

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


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
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
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


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
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
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
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
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

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

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
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


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



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

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

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
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
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












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





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
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
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
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
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
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

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




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
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


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

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






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














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


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







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







































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








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























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



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






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





































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


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
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
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

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
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













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

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
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


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



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


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


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



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

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
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






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


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





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
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
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
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


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
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
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



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





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
















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






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

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
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
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
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
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



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
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
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
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
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
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
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
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

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
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
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
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
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



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
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
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
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

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

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
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
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
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



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


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
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
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
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
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












Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)




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

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
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
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
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
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



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
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
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


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



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
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
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
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
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
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
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
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
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



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




Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

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
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


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









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
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

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
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
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
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
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

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
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
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

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
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
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
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
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
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
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

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
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
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
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
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
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
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

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








Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)


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
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
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
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
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
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
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
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
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

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
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
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
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
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
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




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
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
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
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
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
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
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
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

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
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
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

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
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
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
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
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
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
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
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


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

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

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
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Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

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
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
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
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
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
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
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
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
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Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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

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
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

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
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

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
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
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




















Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

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







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

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
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
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

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



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
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


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
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


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

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
















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
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
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
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
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
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

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
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
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


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

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

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









Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)







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

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

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
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
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
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

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

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
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
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


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

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





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



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









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
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
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
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
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
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
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
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

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
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
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
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
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
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
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
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
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
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

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
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
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
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
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
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
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
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


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

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

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
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
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
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
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
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
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
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

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
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
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
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

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
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
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
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

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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)
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
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Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

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

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

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
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

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
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
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

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
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

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
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
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
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
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
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
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
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
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
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

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
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
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
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
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
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




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

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
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

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
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





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


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
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
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


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


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

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
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

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
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

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

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
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

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
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

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

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

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
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
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

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

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
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
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
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
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
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
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
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Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

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
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

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
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
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


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
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
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
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
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
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

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
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
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
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
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
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



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



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
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
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




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
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

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

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

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
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
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
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

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
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
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
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
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

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




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

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
















Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)














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



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


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


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



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
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



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



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





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
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




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
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


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


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
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








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




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

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


























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
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


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














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






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





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
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

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




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



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
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






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
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

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
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
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




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



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

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
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

















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


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
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


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


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




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



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

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
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
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

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
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
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



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
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




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
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





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
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



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
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

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
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

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
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
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
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
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
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
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
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

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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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

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
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
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

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
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
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
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
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
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

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
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
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
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
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
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

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
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


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




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

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
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
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








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






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
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









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



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
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




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


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



























Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)















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


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
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




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






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

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





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
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
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

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







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

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
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
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
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

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



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





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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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

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

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

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
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

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



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




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


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


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


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





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


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


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
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
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














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











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
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



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




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




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

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



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
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






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

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













































































































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
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
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




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




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

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












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

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
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

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













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









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


















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


















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


















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






















































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




















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






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




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


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








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

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


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

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
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

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
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
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
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

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

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
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
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
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
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

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


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
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
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


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







Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)










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
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
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

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


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
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

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
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
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
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

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
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
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
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
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
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

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
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
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
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
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
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


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
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
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
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
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
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

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

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
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
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
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
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





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

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

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

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








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




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










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

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
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


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
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
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
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
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
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
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




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
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




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
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








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
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











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














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
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


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








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








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













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
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


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
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
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
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


























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












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
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















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

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

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

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


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
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
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

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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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

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
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
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
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
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

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



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
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
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Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)
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
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Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)
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
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

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
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
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



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
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

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
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

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




















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








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











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




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




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

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
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

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
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
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


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
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








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
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

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
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

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














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




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
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







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
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

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

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




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


























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



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























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
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



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

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

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



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







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


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
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
















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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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






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










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

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









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






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




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


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



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
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




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
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

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

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
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
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


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















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





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
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

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







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












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


















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






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
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














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




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
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




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
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

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
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
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

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

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
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
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
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




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
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

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

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
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
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
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

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
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
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



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
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
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

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



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

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



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
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



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



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












Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)










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



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

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

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
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


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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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


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
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
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
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
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



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
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
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
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
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
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
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

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

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





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
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
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
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
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
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
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
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
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
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





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






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

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
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
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


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
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




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
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
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


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

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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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



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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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

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
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
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

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
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
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
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
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

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

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

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













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





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






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

















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
























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




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



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






















Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)



















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
















































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








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











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






















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
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












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
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
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
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

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


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
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


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

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





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

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



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
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


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


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
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


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



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







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

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
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



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

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



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














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
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
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





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


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
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
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


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
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
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

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


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

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
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
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
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
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
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Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

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
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
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
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
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
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
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


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
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

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


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


















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








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



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
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
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




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
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
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

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













Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)






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
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



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








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
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

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
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


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


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
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
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
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
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

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

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



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
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

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


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








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
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





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





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










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





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
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

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
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





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
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















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
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


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





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
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

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
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

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
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
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
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
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

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
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






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

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

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
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


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


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
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
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

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
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

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





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


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

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
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
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
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
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
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
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
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
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


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




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






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



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


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





































Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)










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





















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

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
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
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










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
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

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

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
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

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

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




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

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



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
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
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

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





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
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





















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
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







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
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

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


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
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

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
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
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
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

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

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
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
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
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
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

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
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
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

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

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

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
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

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
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
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
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
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
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







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

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

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























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




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
















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


























































































































































































































































































































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



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




















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









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


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
















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




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
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


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

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


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





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


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













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



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


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
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
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
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

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










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







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
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
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








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
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
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


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
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
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

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
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
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
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

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
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
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
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

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
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

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

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
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
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Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

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
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
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
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
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

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

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
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
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
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
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
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
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
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

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Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)



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
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
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





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
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
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
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


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










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




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





















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









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
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
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
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







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
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


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

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






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





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

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
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
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







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

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








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





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

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




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





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







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

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



















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


























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





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

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
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
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



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


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

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
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







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


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

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
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
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

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
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

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
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

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
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
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
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





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

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


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

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

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
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
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


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
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
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

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
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
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
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
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
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

















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
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
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





























































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

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


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

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
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

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



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






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



























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







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



























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









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
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





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
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


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

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
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
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






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


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




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


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














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

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








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

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

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














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























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
















Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)









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

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
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


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

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

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
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
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


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
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

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
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
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
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
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

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
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
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
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
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
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

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
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
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

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
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
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
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

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


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
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

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
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
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
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
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

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









Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)






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

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
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
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
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
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
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




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
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
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

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
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
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
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
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
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
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

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

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
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
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
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

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
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



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
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
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
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
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

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


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
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


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
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
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
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

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
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
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
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

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



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
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




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
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
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
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

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





















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






















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
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
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
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

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
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

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

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




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



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










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
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
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

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
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
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





















































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














































Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)











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

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







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
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

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



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



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

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


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
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

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



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



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







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














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
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





























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



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

































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





















































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





















































































































































































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




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







































































































































































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







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











































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











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





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





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
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
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

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

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

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

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
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
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
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
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
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

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
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

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

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
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
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
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
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


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
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



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
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
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



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
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





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

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
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
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
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
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
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


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
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
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


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




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
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
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
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
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
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
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









Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)










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
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
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
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


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
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
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
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
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
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
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



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
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
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
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
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


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

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
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
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

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
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
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

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
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
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
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
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
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
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
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

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



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

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
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
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
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









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





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
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

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


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
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


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


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
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



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





















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



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
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


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
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



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
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


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
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

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
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





















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
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


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
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
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


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
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





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

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



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







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








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

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
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
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

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
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
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
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
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
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
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
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Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

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
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

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
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
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

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
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
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

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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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

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
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
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
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
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
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
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
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

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
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


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
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
Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

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
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
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

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
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

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

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
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
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
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

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


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

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

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


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
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
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






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
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
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

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
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

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

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

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
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
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
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
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

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
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
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
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
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
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

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
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


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


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

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
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
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
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
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
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
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
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
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
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

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


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
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
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


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
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


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


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







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









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




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

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


































Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)





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


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
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



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





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


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


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

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

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



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


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
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
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
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
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

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

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

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

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

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






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
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
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





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
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

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
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
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



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

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
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
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

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
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
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
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
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
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




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
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
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
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
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
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

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
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

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
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

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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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


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



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










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
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
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
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

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

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


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
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
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



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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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



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


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

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








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




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




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

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





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









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











































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
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






















































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


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

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





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

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


















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


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
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
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

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


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




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
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
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





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


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




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













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







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






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


















































Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)




























































































































































































































































































































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




































































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












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




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

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

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

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
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


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










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









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
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



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

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




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

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


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
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


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



















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









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

















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






















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


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


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
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
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


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







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




















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








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

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












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
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




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
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
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
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
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
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
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

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




















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





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











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






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
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
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








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
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
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
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
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
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
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

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










Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)









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
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
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

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
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
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
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
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
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
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
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

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
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
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
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
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

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

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
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
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
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

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
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

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


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


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
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
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






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





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

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




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
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


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















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



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
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









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




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












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

















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
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



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

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
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
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




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


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















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
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




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
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



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







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


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



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
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




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



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
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

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

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

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






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


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
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

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




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



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
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

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

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

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
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

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
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
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

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
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
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
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


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


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







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


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


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
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

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
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

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
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

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
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
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
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









Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)




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

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
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
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
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
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
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
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
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
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
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


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
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Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)
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Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)
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
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
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
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


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
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

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
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

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

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
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


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


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



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











































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














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






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

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








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










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
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

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


















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











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






























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





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

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





































































































































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












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


























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


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







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
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




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

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
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


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
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
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

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
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

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


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
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
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
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

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
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

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


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
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

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

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
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
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


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
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
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


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



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

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



































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
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



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




























































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


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










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




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
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
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



























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

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
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












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

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

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



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
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
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

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
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

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
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
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




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
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

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




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

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

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

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




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
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



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

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
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

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

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
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
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



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
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
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



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
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





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


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
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

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


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

















Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)










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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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

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
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
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


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




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


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
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


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
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


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
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

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





Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)


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
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

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
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


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
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


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
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
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
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
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
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

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
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
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
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

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
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


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













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

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

























































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
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
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
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
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
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
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
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
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





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
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
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

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


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
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

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
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

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



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
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
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
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

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
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

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
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



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
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





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
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


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
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

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
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


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

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


































Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)









































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







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




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

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
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











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






























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







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
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

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
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

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
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



















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






















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

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









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





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
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
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
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
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
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
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
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





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


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




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


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
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
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
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










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
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



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












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

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





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



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
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

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


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
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
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
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



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
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
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


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

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

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
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
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

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
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

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
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
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

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

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
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

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


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


























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
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
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
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
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

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
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
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

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
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
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
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
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








Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)




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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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

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
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














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




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




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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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

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
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
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






Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)



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

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
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

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
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
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

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

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
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
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
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
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
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
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

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
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






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


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





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
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




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
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






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


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



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







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
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













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


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

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
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
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







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
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

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


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
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



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
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
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

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
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
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
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
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

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


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


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
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



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
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
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



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

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

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

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
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

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















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

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
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




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
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
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
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




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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

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
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
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
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
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
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
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
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
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
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

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
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
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
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
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

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

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
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
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
Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

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
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
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
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
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
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
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


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
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
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
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
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
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Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

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
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
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
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
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
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
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
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


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



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

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

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
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



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




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









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















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
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
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





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
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



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
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
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



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



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
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

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
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



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






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




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















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

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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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




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
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
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
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
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
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
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
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

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
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

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

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

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
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
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

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
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





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
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
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
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

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
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



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
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
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
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

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
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
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
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

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
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
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

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
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
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
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
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
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
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
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


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
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
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
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
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









































Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)







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

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
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

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

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
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
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

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
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
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
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
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
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

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
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
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
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
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

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
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
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
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


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
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
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
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



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
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
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
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
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


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

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
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











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

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





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























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











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
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







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



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



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
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

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

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
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
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
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
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
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








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
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


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
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


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







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


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
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


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

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




















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




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
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
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















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


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













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



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



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






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
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
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







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

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
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




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


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

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



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
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









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



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













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


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



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

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
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
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
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

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
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


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

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


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
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

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
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
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
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


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
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
















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

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
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




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


















































































Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)













































































































































































































































































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



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


















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









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
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
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































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


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
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



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

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
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


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

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
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
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
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
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

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
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
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
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




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
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
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



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
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
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
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




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


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
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






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
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
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



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


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



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
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








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
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



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







































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


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


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
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







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
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
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

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
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
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
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

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
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
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
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


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
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
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


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

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
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
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
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


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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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

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
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
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








Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)









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
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

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

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

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







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

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
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
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
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
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

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
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


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
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

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







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

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









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






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



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

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
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



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

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

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
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
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

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
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
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
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
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
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
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
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Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

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
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
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
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
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
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
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



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
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
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
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
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
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







Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)








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
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





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
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
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
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
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
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



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
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



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




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





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

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
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
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
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
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
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

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
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
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
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
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







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
















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



















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
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
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



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
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




















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

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







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

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
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
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
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
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
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
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




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




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

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

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

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
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




















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









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
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



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
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




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


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

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











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












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































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



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















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






















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
















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


















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




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





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



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







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
















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










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








































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

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

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
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
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
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

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
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
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
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
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





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

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


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


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


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
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
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
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
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Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

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
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
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
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

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
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
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





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

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
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
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
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
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

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

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




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
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
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
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




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
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

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



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
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
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
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
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
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
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

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


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





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


















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


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

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



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









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
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
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



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



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



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

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
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



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

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
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
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
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
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
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
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
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


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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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

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



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
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
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

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
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
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
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
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
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

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
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
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
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


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
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



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
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
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












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





















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


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
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

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




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
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
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
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
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Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

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
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
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
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
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


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













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

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






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








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



































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



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



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
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

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

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
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
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




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


















































































































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


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

















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






























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






































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


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


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

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
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




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
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
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

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


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



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
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

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



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



















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


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


































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



















































































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














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




























































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



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



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



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

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
























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










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











































































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


















Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

























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
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
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
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




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
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





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
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

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
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
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
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
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


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


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
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
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
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

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





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
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

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
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
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
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
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
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
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



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


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
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



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
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
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
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
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


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


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
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
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
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
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
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
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

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



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
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









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
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
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










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





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

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
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
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


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

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
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
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

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
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
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

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
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
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
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
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

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

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


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







































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



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

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








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


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



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
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
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
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
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
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
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
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

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

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








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



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

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


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




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

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
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
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
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

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
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





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


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
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

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
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
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
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
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

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
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


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


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


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
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


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
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








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
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
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
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

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

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
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

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
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

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


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





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



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

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


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
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














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





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





































































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



















Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)










































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

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





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

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





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





















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



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








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


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





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



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









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

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
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






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


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







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

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














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



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
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

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
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


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

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














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
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
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
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
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
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

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

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


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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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

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
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
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
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
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


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
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
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

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


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
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


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










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



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




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










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

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






























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
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
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
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
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

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
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
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
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

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
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
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
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

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
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




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
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



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
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


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
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
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

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
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
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



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

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




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







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





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



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





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







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
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
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
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


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
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
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
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

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
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
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

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



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



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













































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







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




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

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
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


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










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









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


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



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







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



















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


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



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
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
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

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



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
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
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
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
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




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





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


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



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



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






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

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

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



















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


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























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



















Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)







































































































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






















































































































































































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
















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
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



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






















































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
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


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


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
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

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
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





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
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

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
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
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
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















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
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
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

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




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




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


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





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


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











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
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


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

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
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

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

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









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
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
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
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
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
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
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


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

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






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
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
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

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


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






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













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
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







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
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

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
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
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



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
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
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

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
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

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

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




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
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
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
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
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
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
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





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




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
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

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
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
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




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

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





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
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


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
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


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



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



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








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

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



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
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
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
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
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

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





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

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
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
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
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


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
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


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
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


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
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


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

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
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

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

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

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
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


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
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


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
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
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
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
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


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







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


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
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

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










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






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
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




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












































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











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

















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












Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

















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



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
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
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

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
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

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
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

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

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

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





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
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

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


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


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
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


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







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
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
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
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



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


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












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
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










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




































































































































































































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

































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





















































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
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



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

















































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
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
























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









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






































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
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




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




















































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


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



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
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
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
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

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
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
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
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
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
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
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
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

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
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










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














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
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




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
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
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












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
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













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

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




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





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
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








































































































































Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)






































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
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


































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































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




































































































































































































































































































































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
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
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

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

















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


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

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



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

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

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
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


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
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
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


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
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


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
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

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
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


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


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

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
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







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
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
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










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

























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


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
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

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

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
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
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









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
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
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
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

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
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
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
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
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

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
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
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





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
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


















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

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


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
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


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

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
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
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

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





























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


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
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



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
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
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

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




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

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
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

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


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
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


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

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











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



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
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
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

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

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
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


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
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
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
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








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











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
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


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
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




























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




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
















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







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
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




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

















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




























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

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



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






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




































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



























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



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



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


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



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















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




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


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




























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





















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
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









































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



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
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
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
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


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


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



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





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
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
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
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

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
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



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




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

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
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
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
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
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
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
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

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


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
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




Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)




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
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

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
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
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
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
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

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
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

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
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
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
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
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

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
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





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

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

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


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
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









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
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






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
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
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
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

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
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


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

















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

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

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


















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
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
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


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
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
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
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
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










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

























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
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


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











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


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
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

















































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




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
























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
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



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
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
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



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











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
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





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






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




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

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


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

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
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

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
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
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





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
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


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








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






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
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

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
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
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
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

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
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
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

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

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
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




















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














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

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





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



















































































































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








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

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




















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




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


















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
















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
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
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

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























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







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

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




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
















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

































































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






















Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)




















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




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

















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
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
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
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
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
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



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
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

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
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

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
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

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
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
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
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
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


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
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
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

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
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

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
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
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
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


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
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
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
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












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
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


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


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
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


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


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

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
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





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


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


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

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
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

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
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

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

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

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







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

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

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

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

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

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


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

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

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



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






















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

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

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
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
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

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
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
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
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

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



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













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

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






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





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

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

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
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


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

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


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
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
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
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
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


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

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
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
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
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
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
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

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
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

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
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
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

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
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
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

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







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



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







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
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
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

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
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
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
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




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
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
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

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


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

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











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








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





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





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
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

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







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

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



































































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












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

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


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



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



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


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
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


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
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










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





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




















Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)




























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












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


















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




















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











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

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

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


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
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
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








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



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



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



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
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
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
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
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

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
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



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

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

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










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








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
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

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






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

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




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
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
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

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
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
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

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










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







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



















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



















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


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


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


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







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

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
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

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

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



























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



































































































































































































































































































































































































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


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
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



















































































































Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)





















































































































































































































































































































































































































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




















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
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


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


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







































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















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





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

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










































































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









































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





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
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
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
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


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

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
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
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
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






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
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










Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)



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
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
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

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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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

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
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

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
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
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
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


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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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

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
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
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












Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)









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
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



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
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

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
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
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
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

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

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






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




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
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




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

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

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
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
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
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

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
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





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


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




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



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







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

















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




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
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

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
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
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
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
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
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
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

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
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
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
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

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
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

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





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



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
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


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
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





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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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







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
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


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


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








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
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

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
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Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

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
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

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

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
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
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
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


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
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
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
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

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
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
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
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
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

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


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
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
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


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
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

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
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
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
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
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
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
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
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
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
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







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
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
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


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
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




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










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


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


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
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
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
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
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
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




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

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

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
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


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

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
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
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
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
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

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
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
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
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
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


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


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
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


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

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

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
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
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






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










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























































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





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

































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















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

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

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


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







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





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
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

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

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

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
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

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
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










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
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
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
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












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











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
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
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

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
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

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

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
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
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





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




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
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


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

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
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
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

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
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
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

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




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
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
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
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


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


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
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
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


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


Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)







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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

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




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


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
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

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
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


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
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
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



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
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


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
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

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
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





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
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







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






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

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


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
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






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
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










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

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
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
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


















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
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



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

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




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





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
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






























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

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




























































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






















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



















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






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

















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
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













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
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
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











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

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

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
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

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




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
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

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







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
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
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


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



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


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

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
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

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

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




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


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































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


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







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














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




















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







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


































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




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



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









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


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
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




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


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

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






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




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






















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


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

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
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




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
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

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



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

















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











































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













































Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)














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
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













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
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


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

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













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
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

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
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
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


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

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


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
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

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



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


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
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
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


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
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
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


























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
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
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
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


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
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







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




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
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

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
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
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




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
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
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
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
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

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




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
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

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
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
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





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
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
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
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

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
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
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
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

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
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













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



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
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


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


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

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




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

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


















































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























































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


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



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
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

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

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
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

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
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
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
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


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


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
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



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




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
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

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
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

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












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

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
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
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
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

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







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

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



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





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








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











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


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



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













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











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






















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













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
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
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
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






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
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

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









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
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

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
















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


















































































































Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)


































































































































































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


























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




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













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







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

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



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
























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








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









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













































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














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

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











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






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

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



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
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
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
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
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
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


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
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
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
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
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
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







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
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
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
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




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






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
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


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
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
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
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








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

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
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



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

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
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
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
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
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
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


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




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
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
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




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
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
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

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
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
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
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



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


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
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

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
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
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
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
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
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

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
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



























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

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
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
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









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



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
























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
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


























































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

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
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



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





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
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

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
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






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









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









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
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

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




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


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
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


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
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








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

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
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


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







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
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








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
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
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






















Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)








































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
























































































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





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



























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












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





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
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







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











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
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
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
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
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





























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





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







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








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





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


























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





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
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
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
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
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
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
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


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
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
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

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
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
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

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
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
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
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
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
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
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
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
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



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



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
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
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
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



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
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
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


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
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
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

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
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




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

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
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
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
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
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

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
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
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
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
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
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



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

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

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



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
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
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

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



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




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




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

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



















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




















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






















Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)















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














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











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




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


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
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
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












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
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
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

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






















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

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






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



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
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
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

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

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
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

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

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

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




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
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

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
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













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



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

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
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











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
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
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
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
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
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

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





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

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





































































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






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
































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




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


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
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




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













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

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

















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

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
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

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

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
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

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

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

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
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

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

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

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


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

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
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

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




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



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




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

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
















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





















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


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














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











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



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

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
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

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
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
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
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


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



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

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

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
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
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



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
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
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

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
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
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
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

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
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
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

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



Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)

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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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




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
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

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
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
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
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
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
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
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
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

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


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


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
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
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
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

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
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
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
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
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

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
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
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


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


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



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
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

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
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
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

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


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
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
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
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
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
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
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

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
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
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
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
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
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
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
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
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
Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)



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
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
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
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
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

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
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



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
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


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
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

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
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
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
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

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


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
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
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
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

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


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







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

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
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
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

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
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
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
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
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
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
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




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


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

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

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
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
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
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
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

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

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
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
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
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
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
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

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
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


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
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
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
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
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




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


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
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
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
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


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
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
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
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
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

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
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
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

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
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
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

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

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
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

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
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
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
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












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
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
















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














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

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
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
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
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
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
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



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



Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)


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
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
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
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


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


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
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

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
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
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
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
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
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


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


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
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
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
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
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
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


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
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

























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
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
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








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

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



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




















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

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



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
















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



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












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






















































































































































































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













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


























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


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



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

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
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











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
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







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

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
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
















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




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

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
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

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



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
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
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










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
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














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
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



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
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

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








































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

























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

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

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




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




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



































































































































































Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)











































































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

























































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



























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





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











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

































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




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






































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





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
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

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
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




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
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

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



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
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



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

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
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

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
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
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
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





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
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











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
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

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
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


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
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

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

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

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
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




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

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
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

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
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


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



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





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
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




























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



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




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














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




































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




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





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



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


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

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
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



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















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



































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
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

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



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













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









































































































































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































































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











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












































































































Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)




























































































































































































































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

































































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















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








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





















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






























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






















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



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






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
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


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
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

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


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
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
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
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
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


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
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
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

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







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
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
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


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
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













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




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



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

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
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




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
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



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

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

























































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




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
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





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

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
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

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
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



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

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
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
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

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
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
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
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



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

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
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
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
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
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
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

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
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



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

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
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
























































































































































































































































































































































































Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)
































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


















































































































































































































































































































































































































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

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























































































































































































































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


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


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
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
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
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
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
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
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








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
















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

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


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






















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
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
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


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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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





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
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
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
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
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
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

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

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

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


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









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


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
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




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
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
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

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


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
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




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









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
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
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
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

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

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
















Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)








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


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

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
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
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

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
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
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
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
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



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

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
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
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
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
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

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
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
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
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
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

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


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
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
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
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

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
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



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
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

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

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
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
















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

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








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












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































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

















































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



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




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






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
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

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
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

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
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

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
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




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







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

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

















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



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


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










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





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



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




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














































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
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




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

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


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




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







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

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
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
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





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
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
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



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
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
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

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
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


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


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
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

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

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

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
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













Neville’s Farey series of order 1025 (reconstruction, D. Roegel, 2011)










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

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
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
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




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


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
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

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






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
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
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
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









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
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
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
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

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
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

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

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
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
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
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
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
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






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
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

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

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

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
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

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

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
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

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



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

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
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

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
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
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
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
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
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

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


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
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
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

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
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
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

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
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
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
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
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
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
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
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
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






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

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

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



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



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

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




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



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
















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
























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


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





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
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


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






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



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

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



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


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








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
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
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
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



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
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
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
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
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
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
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




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

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
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
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
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