Weekend Mathematics問題/問題98



98.消えた数

たろうくんは、1から順番に1,2,3,4,5,・・・とある数までを黒板に書きました。 じろうくんがその中の1個の数を消してしまいました。 すると残りの数の平均は、590/17になりました。じろうくんの消した数はいくつですか。




問題の出典


算数オリンピックに挑戦
'00〜'03年度版
算数オリンピック委員会編
2000年第9回算数オリンピックトライアル問題




答えと解説





答えと解説

解答・その1

(ペンネ−ム:浜田 明巳)

答は,
  1〜69の中から55を消す事により,平均は590/17になる
です.

解答その1.
 次のエクセルのマクロで解きました.
 約分して590/17になるのだから,最初書いた数は1〜17m+1(mは自然数)である.このmと,消す数kを求めればよい.あとはシラミつぶし計算である.

Option Explicit
Const m As Long = 200 '********
Sub Macro1()
Sheets("Sheet1").Select
Range("A1").Select
Dim n As Integer
Dim k As Integer
Dim wa As Long
Dim g As Long
Dim kosuu As Long
Dim j As Integer
kosuu = 0
For n = 17 * 1 + 1 To 17 * m + 1 Step 17
For k = 1 To n
wa = -k
For j = 1 To n
wa = wa + j
Next j
g = GCM(wa, n - 1)
If wa / g = 590 And (n - 1) / g = 17 Then
kosuu = kosuu + 1
Cells(kosuu, 1).Value = k
Cells(kosuu, 2).Value = n
End If
Next k
Next n
MsgBox Str(17 * m + 1) + "以下の数では,答は以上の" + Str(kosuu) + "個です.", vbOKOnly
End Sub
Private Function GCM(ByVal a As Long, ByVal b As Long) As Long '最大公約数
If b = 0 Then
GCM = a
Else
GCM = GCM(b, a Mod b)
End If
End Function

 しかしこの方法では,k≦17×20+1=3401と,非常に狭い範囲でしか答を求めていない.そこで,もう少し広い範囲で求める為に,次の工夫をした.

解答その2.
 もう一つの方法で,エクセルのマクロで解きました.
 解答その1のm,kを求める.平均を求めると,
  [{1+2+………+(17m+1)}−k]/(17m)
 ={(17m+1)(17m+2)/2−k}/(17m)
 ={(17m)+3・17m+2−2k}/(2・17m)=590/17
  ∴289m+51m+2(1−k)=2m・590
  ∴289m−1129m+2(1−k)=0
  ∴m=[1129±{11292−4・289・2(1−k)}1/2]/(2・289)
    ={1129±(1272329+2312k)1/2}/578
 故に1272329+2312kが平方数になり,mが自然数となり,1≦k≦17m+1となるm,kを求めればよい.あとはシラミつぶし計算である.

Option Explicit
Sub Macro2()
Sheets("Sheet1").Select
Range("A1").Select
Dim m As Long
Dim k As Long
Dim D As Long
Dim Dd As Long
Dim fugou As Integer
Dim kosuu As Integer
kosuu = 0
For k = 1 To 928292 '********
D = 1272329 + 2312 * k
Dd = Int(Sqr(D))
If Dd * Dd = D Then
For fugou = 1 To -1 Step -2
m = Int((1129 + fugou * Dd) / 578)
If m >= 1 And k <= 17 * m + 1 And 289 * m * m - 1129 * m + 2 * (1 - k) = 0 Then
kosuu = kosuu + 1
Cells(kosuu, 1).Value = k
Cells(kosuu, 2).Value = 17 * m + 1
End If
Next fugou
End If
Next k
End Sub

 しかし,この方法でもぎりぎりk≦928292までの答である.そこで使うソフトを替えてみた.

解答その3.
 解答その2の方法を,UBASICを使って解きました.


 これでk≦10000000での答となった.時間の関係でこのくらいが妥当であろうか.
 数学的には,すべてのmについて計算しなければならず,無限大の時間がかかるので,解けない.これがコンピュータの限界なので,仕方がないでしょう.




解答・その2

(ペンネ−ム:すたこらさっさ)

/*
 * 作成日: 2005/02/01
 *
 */
package quiz;

/**
 * 98.消えた数
 * たろうくんは、1から順番に1,2,3,4,5,・・・とある数までを黒板に書きました。
 * じろうくんがその中の1個の数を消してしまいました。
 * すると残りの数の平均は、590/17になりました。じろうくんの消した数はいくつですか。
 *
 * 算数オリンピックに挑戦
 * '00〜'03年度版
 * 算数オリンピック委員会編
 * 2000年第9回算数オリンピックトライアル問題
 *
 */
public class Question0098 {
    /** 分子 */
 private static int numerator = 590;
    /** 分母 */
    private static int denominator = 17;
 public static void main(String[] args) {
        /* 数値の加算ワーク */
        int x = 0;
        /* 数値の最大値 */
        int y = 0;
        /* 17の倍数カウント */
        int z = 0;
        /* 答え */
        int answer = 0;
        while(true) {
            z++;
            int i = 0;
            /* 平均値が590/17になるには数値の最大は17の倍数+1になる */
            for(i = y + 1; i < ( z * 17 ) + 1; i++) {
             x = x + i;
            }
            y = i;
            /* 数値の合計と590の倍数の差を求める */
            answer = x - ( 590 * z);
            /*
             * 上記の差がゼロより大きく最大数より小さければその数を
             * 消すことは可能
             */
            if(answer > 0 && answer < y) {
//                System.out.println("number end = " + y);
//                System.out.println("sum numbers = " + x);
//             System.out.println("answer = " + answer);
                break;
            }
        }
        System.out.println("1から" + y + "までを足した" + x + "から" + 
answer + "を引き"
                + y + "マイナス1で割れば平均がでる");
        int a = y - 1;
        int b = x - answer;
        System.out.println("1から" + y + "までを足した" + x + "から" + 
answer + "を引いた" + b + "も"
                + y + "マイナス1の" + a + "も" + z + "で割り切れる");
        System.out.println(b + "÷" + z + "=590");
        System.out.println(a + "÷" + z + "=17");
        System.out.println("よって" + b + "/" + a + "は590/17に約分できる。");

 }
}




解答・その3

(ペンネ−ム:寺脇犬)

590/17を  34と12/17 とか 小数で表したりしないで このままで考える。 平均値 590/17より、 全体は 590でこれは17の数字からできていると考えると 問題文より 最初は18個で それらは連続数であって その和を求めると

   18×19×1/2 = 171

となるが この数だと 1個減じた全体の数590より 小さいので ダメ
そこで今度は、 平均値590/17 を変形した同値の

   1180/34 , 1770/51 , 2360/68 , 2950/85 , 3540/102 , ・・・・

を考える。

まず  1180/34の場合
590/17と同じように考えると 1個減じない元の数の和は

   35×36×1/2= 630

これも1個減じた数の和の方が大きいので これもダメ
次に 1770/51の場合 これも 

   52×53×1/2 = 1378

だから   同じくダメ
2360/68の場合
   69×70×1/2 = 2415

これは 1個減じた全体数2360より 大きいので まずは OK で保留にして あとで考える。
次は 2950/85の場合

   86×87×1/2 = 3741

だが これは1個減じた全体数2950より 大きいので問題の条件に適すが

    3741−2950 =791より

抜いた数は791となって これは この場合の全体数のあつまりである 1から86までには 含まれてないので やっぱりダメ
その次は  3540/102の場合

これも同様に考えて  元の数の和は

   103×104×1/2 = 5356

で5356− 3540 =1816 より抜いた数は 1816になるから これは この場合の 1から103の中には含まれないので ダメ
さてこの後も 590/17と同値で、 分母が102より大きくなっていくと 抜いた数はその構成している連続数の集まりの中から 乖離していくので 問題に適しない。 こうして考えていくと 結局問題に適するのは平均値 2360/68の場合だけと分る。  以後この場合を検討する。
2360/68が 1個抜いた後の平均値とすると もとの数の集まりは 1から 69までとなって その数の和は

   69×70×1/2 = 2415

そして抜いた数は

   2415−2360= 55

55は 1から69の中に 含まれているので  これが答えです。



解答・その4

(ペンネ−ム:内海 育)

(答) 55

(過程)
ある正の整数をn、消した数をxとすると)

    {n(n+1)/2-x}/(n-1)=590/17・・・・・@, 

∴17n-1163n+1180=34x

   1≦x≦nゆえ 34≦17n-1163n+1180≦34n

∴0≦17n-1163n+1146 and 17n-1197n+1180≦0

∴n=68 or 69

@式より、(n-1) は17の倍数ゆえn=69

よって、@式より x=55



解答・その5

(ペンネ−ム:FIVEILAND)

 考え方 自然数の和とその平均については、あまり知識が無いのでいくつかの規則 について考えてみました。

1.

1平均 1
1+2=3平均 1.5
1+2+3=6平均 2
1+2+3+4=10平均 2.5

…個数n+1に対して平均は1/2ずつ増加する。

2.
7までの和について  個数7-1=6について6は約数が多いので色々な 意味で規則性が見出せるかなと思いましたが後で考えてみると、特に意味はありませ んでした。

  7までの和は、 1+2+…+6+7=7×8×1/2=28 平均4

    1がない場合の平均 27÷6=4・3/6=4・1/2
    2がない場合の平均 26÷6=4・2/6=4・1/3
    3がない場合の平均 25÷6=4・1/6
    4がない場合の平均 24÷6=4
    5がない場合の平均 23÷6=3・5/6
    6がない場合の平均 22÷6=3・4/6=3・2/3
    7がない場合の平均 21÷6=3・3/6=3・1/2

ここまででわかることは、ある数までの個数-1の平均は、@本来の 平均±1/2の中にある。A本来の個数-1での平均値には必ず個数-1の約数が分母に含 まれている。あたりまえか?

ここまでわかったことを踏まえて、590/17について考えて見ます。

    590/17=34・12/17

本来の平均は、34・12/17-1/2から34・12/17+1/2の間にある。つまり 34・7/34から35・7/34のなかにある。ところが自然数の和の平均は1から始 まり1/2づつ増加するので、34.5か35であることがわかる。

    この場合の自然数の個数は、69か70になる。

590/17の時の個数は、68か69ということになるが、17を約数に持つものは68である。

    したがって本来の個数は69であることがわかる。

590/17×68=2360 69×70/2=2415  2415-2360=55

    答え  じろうくんが消した数は 55





解答・その6

(ペンネ−ム:moko)

平均は590/17ということは ある数は17の倍数+1となる

1) ある数=18とすると
1から18までの合計=171
残りの平均=(171-χ)/17=590/17 χ=−419 となる

2) ある数=35とすると
1から35までの合計=630
残りの平均=(630-χ)/34=1180/34 χ=−550 となる

同様にして計算するとχ>0になるのは

ある数=69
1から69までの合計=2415
残りの平均=(2415-χ)/68=2360/68 χ=55 となる

またある数=86とすると
1から86までの合計=3741
残りの平均=(3741-χ)/34=2950/34 χ=791 となり
86より大きくなるので不適

よって答えは 55





解答・その7

(ペンネ−ム:やんま)






解答・その8

(ペンネ−ム:三角定規)

たろうくんがNまで書き,じろうくんが数m(1≦m≦N )を消したとする。
題意より,



∴ 17{N(N+1)−2m}=2・590・(N−1) … A
17と590は互いに素だから,N−1 が17を素因数としてもつ。
よって, N−1=17k ∴ N=17k+1 … B

BをAに戻して整理すると,
    (17k+1)(17k+2)−2m=2・590・k … C

(1) k=1 のとき 18・19−2m<18・19<2・590・1 で,Cを満たさない。
(2) k=2 のとき 35・36−2m<35・36<2・590・2 で,Cを満たさない。
(3) k=3 のとき 52・53−2m<52・53<2・590・3 で,Cを満たさない。
(4) k=4 のとき 69・70−2m=2・590・4=4720 ∴ m=(4830−4720)/2=55
(5) k≧5のとき,Cより



このmは,Bで定まるNを大きく超え,題意を満たさない。
以上より,じろうくんが消した数は,55 …[答]




解答・その9

(ペンネ−ム:佐野允信)

1からnまで書き、数iを消したとする。i以外の(n−1)個の数の平均をαとおくと、

   

が成り立つ。1≦i≦nだから、

   

今、α=34+12/17だから、(2)より

   

nは正の整数だから、(3)より

    n=68,69   ・・・(4)

さらに(1)より、α(n−1)=(590/17)(n−1)は、正の整数だから、(4)より

    n=69   ・・・(5)

従って、

    

=(1+2+・・・+n)ーα(n−1)   (∵(1)より)
(1/2)×69×70ー(590/17)×68   (∵(5)かつα=590/17より)
55

よって求める数55である。・・・(答)




解答・その10

(ペンネ−ム:巷の夢)

たろうの書いた数を1〜Nまでとし、じろうの消した数をXとします。すると、じろうが消す前の数の平均は(N+1)/2となります。次にXのみ消した場合の平均は前の合計からXを引き、個数N−1で割ればよいので

   〔N(N+1)/2 −X〕/(N−1) = 590/17 となります。

即ち、N−1が17の倍数であることが必要です。つまり、17、17×2、17×3、17×4、・・・となります。
又、上記式を変形すると、34X=17N(N+1)―1180(N−1)となります。

ところでN≧Xが必要ですから、34N≧17N(N+1)―1180(N−1)となり、 これよりNは1から69までの自然数となります。

そこで先程の17の倍数条件をあてはめて解くと、N=69、X=55を得ます。 因って、じろうの消した数は55となります。 



解答・その11

(ペンネ−ム:高橋道広)

たろうくんが書いた数字の個数を(17n+1)個とします。
じろうくんが数を消したあとの4n個の数の平均が590/17ですからその合計は 590/17×17n=590n となります。
この数は 1〜17nまでの数の和より 少なくない(じろうくんが消した数の最大は17n+1)ので

   590n≧17n(17n+1)/2 から
   17n+1≦590×2/17=69.4...
   17n≦70
   n≦4

一方この数は 2〜17n+1までの数の和より 大きくない(じろうくんが消した数の最小は1)ので

   590n≦17n(17n+3)/2
   17n+3≧590×2/17=69.4...
   17n≧67
   n≧4

よって n=4 たろうくんの書いた数の和は (17×4+1)(17×4+2)/2=2415
じろうくんが消した数を除いた和は 590×4=2360
このことから じろうくんの消した数は 55 となります  

17n+1 とするところが ずるいでしょ
みんな たぶんそうしてるでしょうけど(^_^;)




解答・その12

(ペンネ−ム:小学名探偵)

答え 55

590/17=34+12/17から、もし消した数を加えたら、その平均は35あたりになると予想 します。
69*70/(2*69)=35の可能性を考えます。
69-1=68=17*4なので、消した数をxとして、 (69*35-x)/68=590/17=2360/68 これを整理して、 2415-x=2360からx=55が求められました。
1からnまでの合計=n*(n+1)/2 この平均mは、最初の1と最後のnの和の平均に等し く、(n+1)/2です。
さて、1からnまでの整数の中から、ある数xを消したとき、残りの平均は

    a={n*(n+1)-2x}/2(n-1)}

です。 aの範囲を考えてみましょう。 aの値はx=nのときに(一番大きな数nを消したとき)最小になります。aの最小値=n/2 つまり、1から(n-1)までの平均がaの最小値です。 aの値はx=1のときに(一番小さな数1を消したとき)最大になります。aの最大値 =(n+2)/2 つまり、1から(n+1)までの平均がaの最大値です。 (2からnまでの平均は、1からn+1までの平均と等しいですね)

以上から、n/2≦a≦(n+2)/2 または

n≦2a≦(n+2)

この問題では、2a=68+24/17=69+7/17なので、n=68か69になります。
ところで、n-1は17の倍数であるので、n=68は不適、n=69です。
以下、省略します。




解答・その13

(ペンネ−ム:はじめ先生)

整数問題の基本はやはり「上手く範囲を絞る」ことでしょうね。







解答・その14

(ペンネ−ム:夜ふかしのつらいおじさん)

答は55です。
たろうくんの書いた数を1からnとし、じろうくんの消した数をkとします。
(0<k<(n+1)です)
すると、

   {n(n+1)/2−k}/(n−1)=590/17

整理して、

   {n(n+1)−2k}/(n−1)=1180/17 ・・・ (1)

ここで右辺と等しい分数をいくつか考えます。

    1180/17
   =2360/34
   =3540/51
   =4720/68
   =5900/85
   =・・・・

(1)の左辺の分母と比較してnの値は、

   18、35、52、69、86、・・・・

などが考えられます。それぞれ、n(n+1)の値は、

   342、1260、2756、4830、7482、・・・・

次にこれらのn(n+1)の値からそれぞれの分子の値を引き2で割ってkの値を求めると、

   −419、−550、−392、55、791、・・・・

この中で、0<k<(n+1)を満たすのは55です。



解答・その15

(ペンネ−ム:ダイヤモンドダスト)

平均が590/17だから、分母分子ともに何倍かして、得られる数に近い数がある数n。
ここで、分母分子をそれぞれ4倍ずつすると2360/68
1からnまでの総和は、n(n+1)/2であるから、
ここで、n=69とすると、69(69+1)/2=2415
2415-2360=55
よって求める答えは、1から69までの総和であり、消えた数は、55となる。




解答・その16

(ペンネ−ム:やなせ)

さて前ふりです。

1から連続した数値の平均を求めるのは、 なぜか(最大数値+1)÷2=平均のように 簡単な式で求めることが出来ます。

数字を限定して一個消した場合の平均は

最大平均
合計から最小数値(この場合は1)引いて残りの 個数(最大数値ー1)で割った平均は なぜかこれ又(最大数値+2)÷2=平均の様に 簡単な式で求めることが出来ます。

最小平均
更に合計から最大数値を引いた価を残りの 個数で割った価は最大数値÷2=平均になりますねぇ

いつものごとく何でこうなるかは?ですのでつっこまないでくださいね。 以上のことをふまえて

本題です。

問題を考えてみると平均が590÷17=34.70588・・に なるとのことだから
最初の数字(これは1に決定している)を消した場合の 平均が>34.70588で 最後の数字(最大の数字)を消したときの 平均が<34.70588になる処を見つければ 旨く行くのではと考えました。

勝手な前ふり方式から 1〜70辺りの連続した数値に目星をつけて確かめてみると
1〜68の場合
大平均は(68+2)÷2=35  小平均は68÷2=34

1〜69の場合は
大平均は(69+2)÷2=35.5  小平均は69÷2=34.5

1〜70の場合は
大平均は(70+2)÷2=36    小平均は70÷2=35

確かにいい感じですねぇ(笑)
1〜70の場合はどっちも35以上なのでやめにして 次の1〜69までを計算してみました
ここからは得意の虱潰しの手計算(本当はエクセル使いましたが)でやると 1〜69までの連続数字から55を消した場合の平均が

(1+2+・・・・・・・・・+69)=2415
2415−55=2360
2360÷68=34.70588・・・=590/17

最終お答え

1から69までの連続した数字から55を消した時




解答・その17

(ペンネ−ム:JSミル)

たろうくんが最初に書いた数を1〜n,じろうくんが消した数をxとすると,平均を 出すための分母はn-1であり,これが17の倍数である.従って,nの候補は18,35, 52,69.......17×k+1となる.場合分けで,それぞれの合計を調べ,平均の分子で ある590kと合わせていくと,n=69の時,1〜nまでの合計は2415で,平均の分母 は590×4=2360であり,2415-2360=55となり,じろうくんの消した数は55である.

答え:55



解答・その18

(ペンネ−ム:challenger)

「消えた数」の問題ですが、次のように考えました。
1からn-1までの合計は(n-1)n/2だから平均はn/2
2からnまでの合計は(n-1)(n+2)/2だから平均は(n+2)/2
したがってn/2<=590/17<=(n+2)/2からn=68、69
消した数をxとすると、
n=68のとき
{(1+2+・・・+68)-x}/67=590/17で条件をみたすxは存在しない。
n=69のとき
{(1+2+・・・+69)-x}/68=590/17よりx=55




解答・その19

(ペンネ−ム:Mr.X)

オーソドックスに

(n(n+1)/2-n)/(n-1)≦590/17≦(n(n+1)/2-1)/(n-1)
かつ (n-1) が 17 の倍数

17n≦1180≦17(n+2)
かつ (n-1) が 17 の倍数

1136≦17n≦1180
かつ (n-1) が 17 の倍数

67≦n≦69
かつ (n-1) が 17 の倍数

n-1=4×17
n=69
(69×70/2-a)/68=590/17
a=69×70/2-4×590

答は 55 です。




 

解答・その20

(ペンネ−ム:Toru)

たろう君が 1,2,3,4,5,・・・,Nまで書いたことにする。
じろう君が1個消した時の残りの和をSとすると、残りの数の平均S/(N-1)=590/17よ り17S=590(N-1)、左辺は17の倍数だから、右辺も17の倍数であるが、590と17は互い に素であるから、N-1は17の倍数-----1)
1個消した残りの平均は、Nを消した時が最小で(1+(N-1))/2=N/2、1を消した時が最 大で(2+N)/2=N/2+1 すなわちN/2≦590/17≦N/2+1、590/17=34.7---だからこれを満た すNは N=68 or 69 ------2)
1)2)よりN=69
このとき S=68×590/17=2360,
1,2,3,4,5,・・・,69の和は(1+69)×69/2=2415
だからじろう君の消した数は 2415-2360=55 答え55




解答・その21

(ペンネ−ム:なか)

ある数をnとする。
1〜nのうち一番小さな1を消すと、2〜nが残りその平均はn/2+1。
1〜nのうち一番大きなnを消すと、1〜n−1が残りその平均はn/2。
つまりどれを消しても、残る数の平均はn/2〜n/2+1の範囲に納まる。

そこで、n/2≦590/17≦n/2+1 → n=68またはn=69。
ここで、残った数の平均の分母が17であることにより、残った数の個数、
n−1が17の倍数でなければならないので、n=69に絞られる。

さて、1〜69の合計は、 69×70÷2=2415
一方、残った数の和は、590/17×68=2360
よって、消えた数は、2415−2360=55

(答)55




解答・その22

(ペンネ−ム:杖のおじさん)

答え 55 です。

連続した自然数の合計の平均は整数又は0.5が端数として付きます。
問題は 590/17=34.70588235 
従って34.70588235 以上で次の整数又は次の0.5の端数が付いた整数以下
いずれか低い方なので35以下の平均になります。最大数字は35*2-1=69となります。
69までの自然数字の合計69*(69+1)/2=2415から端数590/17*68=2360を引きます。
2415-2360=55 となります。

検証
1・2・3・4……69
までの合計 69*70/2=2415
55を消す2415-55=2360
2360/68=590/17で証明できます。




解答・その23

(ペンネ−ム:けいたろう)

1からnまでの和はn(n+1)/2なので、1からnまでの数の平均は(n+1)/2です。 平均は590/17=34.70…
また平均が590/17ということは消されたあとの個数は17の倍数であると思われるのでn=68、 n+1=69です
590/17=2360/68であり、1から69までの和は(69+70)/2=2415なので、 2415−2360=55が消された数字です




解答・その24

(ペンネ−ム:kiyo)

解答
   34.5<590/17<35
から、1〜69まで書いたことがわかる。
消された数をXとすると、
(35*69-X)/68=590/17
X=55
となる。
                  答え 55。




解答・その25

(ペンネ−ム:teki)

答え  55

考え方
1から順番に書かれた数から1個消したものの平均が590/17になるので、消さ れた後の数字の個数は17の倍数です。
よって、元の数字の個数は17n+1個となります。
これが分かれば、後は狽使えば答えは出てきます。
元の数字は1から69まで書かれ、その合計は2415、ここから55が消されて、 残る数字の合計が2360、これを68でわれば、590/17となります。
数学的には、方程式を使えば、出てくるんでしょうが、この程度であれば、試行錯誤 して小学生にも解けそうです。



正解者

夜ふかしのつらいおじさん 巷の夢 杖のおじさん
やなせ すたこらさっさ 小学名探偵
Toru なか kiyo
teki 佐野允信 Mr.X
浜田 明巳 けいたろう 内海 育
寺脇犬 FIVEILAND ダイヤモンドダスト
はじめ先生 JSミル 高橋道広
moko 三角定規 やんま
challenger





まとめ

たくさんの方から解答をいただきました。心から感謝しております。
じろうくんが数字をひとつ消したとしても、その平均が 590/17≒34. ・・・であることから、ある数はおよそ70と検討がつきます。 かつ平均値の分母が17であることから、ある数は、自然数kを用いて、 17k+1と表せる数だということになります。とすると、答えは69ですね。 まずは、方程式をたててどうこうするよりも、答えの検討をつけるということが大事なことかなたお思います。 これで解答がかなりすっきり組み立てられると思います。 ただし、解答をきちんとした形で検証する必要があるのは当然ですね。





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