『今週の問題』第201回 解答


◆埼玉県 i_masaru2002 さんからの解答

【問題1】 a≦b≦c (0≦a,b,c≦9) とおく。

   c     b     a
-) a     b     c
――――――――――
  c-a-1  9  10-c+a
9より大きな数は無いので、最大の数cは9をとることになる。
c=9.

また、1+aはaとは異なるので、

c-a-1 = 8-a = a,
10-c+a = 1+a = b.

を得る。

式を解けば、a=4, b=5 を得る。

∴ (a, c, b) = (4, 9, 5).

【問題2】

a≦b≦c≦d (0≦a,b,c,d≦9) とおく。

   d     c     b     a
-) a     b     c     d
――――――――――――――
  d-a c-b-1 9-(c-b) 10-(d-a)
まず下記不等式が成り立つことが解る。

d-a≦c
c-b-1≦b
9-(c-b)≧b
10-(d-a)≧b

場合分けをして考える。

i) d-a=a と仮定した場合.

c-b-1=b ⇒ c=2b+1.
a < b < 2b+1 < 2a

これは矛盾である。
(d-a=a か c-b-1=a かのどちらかしかないので)

∴ c-b-1=a.

ii) d-a=b と仮定した場合

d-a=b ⇒ d-(c-b-1)=b ⇒ d+1=c

これは矛盾である。

∴ d-a=c

iii) 9-(c-b)=b と仮定した場合

c=9 ⇒ d=9.
10-(d-a)=d ⇒ 1+a=9 ⇒ a=8 ⇒ b=9-8=1 (<a).

これは矛盾である。

∴ 9-(c-b)=9-(a+1)=8-a=d.
10-(d-a)=10-c=b.

従って、下記の等式(必要十分条件)を得る。

a+b-c  =-1
a  +c-d=0
a    +d=8
 +b+c  =10
この解は、(a, b, c, d)=(1, 4, 6, 7)である。

∴ (c, a, d, b)=(6, 1, 7, 4).


◆千葉県 菜花子 さんからの解答

【問題1】 3桁

A>Cなので、C−Aは繰り下がりがある。
その場合(B−1)−Bは必ず9になる。

A−1−C=Cであるから
A=9とすると2C+1=9、C=4

10+C−A=Bであるから
B=14−9=5

したがってA=9,B=5,C=4

 954
−459
―――――
 495
3桁の「高橋の数」は495

【問題2】 4桁

3桁の場合、あいだに挟まれた数(B,B)の和は10になるので
4桁の場合も同様に(B,C)の和は10とすると、
A>Dなので、B+C=10となるBとCの数の組み合わせのうち、
(B−1)−C=Dの条件に合うのはB>Cの場合だけ。

B=6,C=4とすると、
6−1−4=D、D=1

A−D=Bなので、
A=B+D=6+1=7

したがってA=7,B=6,C=4,D=1

 7641
−1467
―――――
 6174
7≦B≦9の場合は条件に合わないので解は一つ。

4桁の「高橋の数」は6174

【問題3】 4桁

3桁、4桁の場合と同様に考えると、6桁以降は次の通り。
(5桁と7桁の場合はなし)

【問題4】

「高橋の数」はすべて9の倍数
「高橋の数」の並び方には規則性がある


◆広島県 清川 育男 さんからの解答

【問題1】

3桁 495=954-459

【問題2】

4桁 6174=7641-1467

【問題3】

5桁  なし

6桁
549945=995544-445599          
631764=766431-134667 

7桁  なし

8桁
63317664=76664331-13346667         
97508421=98754210-01245789       
 
9桁
554999445=999555444-444555999
864197532=987654321-123456789    

10桁
6333176664=7666643331-1333466667       
9753086421=9876543210-0123456789       
9975084201=9987542100-0012457899           
            
11桁
86431976532=98766543321-12334566789  

12桁
555499994445=999955554444-444455559999           
633331766664=766666433331-133334666667     
975330866421=987665433210-012334566789     
997530864201=998765432100-001234567899     
999750842001=999875421000-000124578999     

13桁
8643319766532=9876665433321-1233345666789
【問題4】

9の倍数が必要条件。
4桁以上の偶数桁では「高橋の数」が必ず存在する。

6174=7641-1467
631764=766431-134667
63317664=76664331-13346667
6333176664=7666643331-1333466667
633331766664=766666433331-133334666667
.......................................

9以上の奇数桁「高橋の数」

 9  864197532=987654321-123456789  
11  86431976532=98766543321-12334566789 
13  8643319766532=9876665433321-1233345666789 
15  864333197666532=987666654333321-123333456666789   
...................................................

3nの「高橋数」

 3   495=954-459              
 6   549945=995544-445599           
 9   554999445=999555444-444555999       
12   555499994445=999955554444-444455559999
15   555549999944445=999995555544444-444445555599999
....................................................


 8 97508421=98754210-01245789        
10 9753086421=9876543210-0123456789      
12 975330866421=987665433210-012334566789   
14 97533308666421=98766654333210-01233345666789
...............................................
  2n+6
1,2,5,7 は存在しない。

循環しない最初の1個をみつければよいことになる。


1)
  3  495=954-459
  6  549945=995544-445599
  9  554999445=999555444-444555999
 12  555499994445=999955554444-444455559999
 15  555549999944445=999995555544444-444445555599999

2)
  4  6174=7641-1467
  6  631764=766431-134667
  8  63317664=76664331-13346667
 10  6333176664=7666643331-1333466667
 12  633331766664=766666433331-133334666667
 14  63333317666664=76666664333331-13333346666667

3)
  8  97508421=98754210-01245789
 10  9975084201=9987542100-0012457899
 12  999750842001=999875421000-000124578999
 14  99997508420001=99998754210000-00001245789999

4)
  9  864197532=987654321-123456789
 11  86431976532=98766543321-12334566789
 13  8643319766532=9876665433321-1233345666789
 15  864333197666532=987666654333321-123333456666789

5)
 10  9753086421=9876543210-0123456789
 12  975330866421=987665433210-012334566789
 14  97533308666421=98766654333210-01233345666789

6)
 10  9753086421=9876543210-0123456789
 12  997530864201=998765432100-001234567899
 14  99975308642001=99987654321000-00012345678999
「6系列」以外の存在が疑問として残ります。


【おまけ】

3桁
495=954-459

4桁
6174=7641-1467

6桁
549945=995544-445599 
631764=766431-134667 
660852=866520-205668 *

8桁
63317664=76664331-13346667 
66308652=86665320-20356668 *

9桁
554999445=999555444-444555999
864197532=987654321-123456789    


10桁
6333176664=7666643331-1333466667 
6633086652=8666653320-2033566668 *
6752087442=8776544220-2024456778
*印には規則性があります。


 6  660852=866520-205668
 8  66308652=86665320-20356668
10  6633086652=8666653320-2033566668
12  663330866652=866666533320-203335666668
14  66333308666652=86666665333320-20333356666668
16  6633333086666652=8666666653333320-2033333566666668
nは自然数

A(3n)=5* 10N-1
9
*(102*N-1)

A(2n+2)=6*102*N+1+3* 10N-1-1
9
*10N+2+17*10N+6* 10N-1-1
9
*10+4

A(2n+4)=66*102*N+2+3* 10N-1-1
9
*10N+3+8*10N+1+6* 10N-1-1
9
*102+52

A(2n+7)=864*102*N+4+3* 10N-1-1
9
*10N+5+197*10N+2+6* 10N-1-1
9
*103+532

A(2n+8)=675*102*N+5+3* 10N-1-1
9
*10N+6+2087*10N+2+6* 10N-1-1
9
*103+442


◆東京都 明 さんからの解答

【問題1】

3桁の各桁の数字をa,b,cとし、a≧b≧cとします。

a=cでは3つの数字でできる最大値−最小値は0となるため不適。
よって、a>cであり、最大値−最小値の各桁は、

一位の桁は 10-(a-c)
十位の桁は b-b-1+10=9
百位の桁は a-c-1

となります。

十位の桁に9があることから、a=9

したがって、

一位の桁は1+c
百位の桁は8-c

となります。

いずれかの桁がcとなりますが、一位の桁がcにならないことは明らか。

よって、8-c=cであり、c=4となります。

残りの一位の桁は5となり、これが残りのbの数字となります。

以上より、最大値は954、最小値は459で、差は495となり、この数字は間違いなくa,b,cで構成されています。
したがって、3桁の「高橋の数」は495であり、この数字に限ります。

答え 495

【問題2】【問題3】

【問題2】も【問題1】と同様な方法で解けますが、1本道ではなく、場合分けが必要になってきます。
【問題2】に計算機を持ち出すのはは不適当ですが、【問題3】と合わせて20桁まで計算機で求めた解として下記に表記します。

桁数 :  4 
高橋数 :  6174 
MAX :  7641   MIN :  1467 

桁数 :  5 
解なし

桁数 :  6 
高橋数 :  631764 
MAX :  766431   MIN :  134667 

高橋数 :  549945 
MAX :  995544   MIN :  445599 

桁数 :  7 
解なし

桁数 :  8 
高橋数 :  97508421 
MAX :  98754210   MIN :  1245789 

高橋数 :  63317664 
MAX :  76664331   MIN :  13346667 

桁数 :  9 
高橋数 :  864197532 
MAX :  987654321   MIN :  123456789 

高橋数 :  554999445 
MAX :  999555444   MIN :  444555999 

桁数 :  10 
高橋数 :  9975084201 
MAX :  9987542100   MIN :  12457899 

高橋数 :  9753086421 
MAX :  9876543210   MIN :  123456789 

高橋数 :  6333176664 
MAX :  7666643331   MIN :  1333466667 

桁数 :  11 
高橋数 :  86431976532 
MAX :  98766543321   MIN :  12334566789 

桁数 :  12 
高橋数 :  999750842001 
MAX :  999875421000   MIN :  124578999 

高橋数 :  997530864201 
MAX :  998765432100   MIN :  1234567899 

高橋数 :  975330866421 
MAX :  987665433210   MIN :  12334566789 

高橋数 :  633331766664 
MAX :  766666433331   MIN :  133334666667 

高橋数 :  555499994445 
MAX :  999955554444   MIN :  444455559999

桁数 :  13 
高橋数 :  8643319766532 
MAX :  9876665433321   MIN :  1233345666789 

桁数 :  14 
高橋数 :  99997508420001 
MAX :  99998754210000   MIN :  1245789999 

高橋数 :  99975308642001 
MAX :  99987654321000   MIN :  12345678999 

高橋数 :  99753308664201 
MAX :  99876654332100   MIN :  123345667899 

高橋数 :  97755108844221 
MAX :  98877554422110   MIN :  1122445577889 

高橋数 :  97533308666421 
MAX :  98766654333210   MIN :  1233345666789 

高橋数 :  63333317666664 
MAX :  76666664333331   MIN :  13333346666667 

桁数 :  15 
高橋数 :  864333197666532 
MAX :  987666654333321   MIN :  123333456666789 

高橋数 :  555549999944445 
MAX :  999995555544444   MIN :  444445555599999 

桁数 :  16 
高橋数 :  9999975084200001 
MAX :  9999987542100000   MIN :  12457899999 

高橋数 :  9999753086420001 
MAX :  9999876543210000   MIN :  123456789999 

高橋数 :  9997533086642001 
MAX :  9998766543321000   MIN :  1233456678999 

高橋数 :  9977551088442201 
MAX :  9988775544221100   MIN :  11224455778899 

高橋数 :  9975333086664201 
MAX :  9987666543332100   MIN :  12333456667899 

高橋数 :  9775531088644221 
MAX :  9887765544322110   MIN :  112234455677889 

高橋数 :  9753333086666421 
MAX :  9876666543333210   MIN :  123333456666789 

高橋数 :  6333333176666664 
MAX :  7666666643333331   MIN :  1333333466666667 

桁数 :  17 
高橋数 :  98765420987543211 
MAX :  99887765544322110   MIN :  1122344556778899 

高橋数 :  86433331976666532 
MAX :  98766666543333321   MIN :  12333334566666789 

桁数 :  18 
高橋数 :  999999750842000001 
MAX :  999999875421000000   MIN :  124578999999 

高橋数 :  999997530864200001 
MAX :  999998765432100000   MIN :  1234567899999 

高橋数 :  999975330866420001 
MAX :  999987665433210000   MIN :  12334566789999 

高橋数 :  999775510884422001 
MAX :  999887755442211000   MIN :  112244557788999 

高橋数 :  999753330866642001 
MAX :  999876665433321000   MIN :  123334566678999 

高橋数 :  997755310886442201 
MAX :  998877655443221100   MIN :  1122344556778899 

高橋数 :  997533330866664201 
MAX :  998766665433332100   MIN :  1233334566667899 

高橋数 :  977553310886644221 
MAX :  988776655443322110   MIN :  11223344556677889 

高橋数 :  975333330866666421 
MAX :  987666665433333210   MIN :  12333334566666789 

高橋数 :  886644219977553312 
MAX :  998877665544332211   MIN :  112233445566778899 

高橋数 :  633333331766666664 
MAX :  766666666433333331   MIN :  133333334666666667 

高橋数 :  555554999999444445 
MAX :  999999555555444444   MIN :  444444555555999999 

桁数 :  19 
高橋数 :  9987654209875432101 
MAX :  9998877655443221100   MIN :  11223445567788999 

高橋数 :  9876543209876543211 
MAX :  9988776655443322110   MIN :  112233445566778899 

高橋数 :  8643333319766666532 
MAX :  9876666665433333321   MIN :  1233333345666666789 

桁数 :  20 
高橋数 :  99999997508420000001 
MAX :  99999998754210000000   MIN :  1245789999999 

高橋数 :  99999975308642000001 
MAX :  99999987654321000000   MIN :  12345678999999 

高橋数 :  99999753308664200001 
MAX :  99999876654332100000   MIN :  123345667899999 

高橋数 :  99997755108844220001 
MAX :  99998877554422110000   MIN :  1122445577889999 

高橋数 :  99997533308666420001 
MAX :  99998766654333210000   MIN :  1233345666789999 

高橋数 :  99977553108864422001 
MAX :  99988776554432211000   MIN :  11223445567788999 

高橋数 :  99975333308666642001 
MAX :  99987666654333321000   MIN :  12333345666678999 

高橋数 :  99775533108866442201 
MAX :  99887766554433221100   MIN :  112233445566778899 

高橋数 :  99753333308666664201 
MAX :  99876666654333332100   MIN :  123333345666667899 

高橋数 :  97775551108884442221 
MAX :  98887775554442221110   MIN :  1112224445557778889 

高橋数 :  97755333108866644221 
MAX :  98877666554433322110   MIN :  1122333445566677889 

高橋数 :  97533333308666666421 
MAX :  98766666654333333210   MIN :  1233333345666666789 

高橋数 :  88664432199776553312 
MAX :  99887766655443332211   MIN :  11223334455666778899 

高橋数 :  63333333317666666664 
MAX :  76666666664333333331   MIN :  13333333346666666667
【問題4】

【問題3】の結果から、「高橋の数」には下記の特徴が見えます。

最大値に着目すると、基本的な解954、7641と、これから帰納法的に導くことができる、
995544、999555444、766431、76664331に分けられそうです。

基本解と見られるものは上記の中では以下になると思います。
954、7641、98754210、987654321

他の解は基本解から帰納法的に桁数を拡大して導くことができます。
桁数の増加にともない基本解がどのように増加していくのかは考察できていません。

【おまけ】

同じプログラムでの12桁までの計算機解を以下に表記します。

桁数 :  3 
高橋数 :  495 
MAX :  954   MIN :  459 

桁数 :  4 
高橋数 :  6174 
MAX :  7641   MIN :  1467 

桁数 :  5 
解なし

桁数 :  6 
高橋数 :  660852 
MAX :  866520   MIN :  205668 

高橋数 :  631764 
MAX :  766431   MIN :  134667 

高橋数 :  549945 
MAX :  995544   MIN :  445599 

桁数 :  7 
解なし

桁数 :  8 
高橋数 :  66308652 
MAX :  86665320   MIN :  20356668 

高橋数 :  63317664 
MAX :  76664331   MIN :  13346667 

桁数 :  9 
高橋数 :  864197532 
MAX :  987654321   MIN :  123456789 

高橋数 :  554999445 
MAX :  999555444   MIN :  444555999 

桁数 :  10 
高橋数 :  6752087442 
MAX :  8776544220   MIN :  2024456778 

高橋数 :  6633086652 
MAX :  8666653320   MIN :  2033566668 

高橋数 :  6333176664 
MAX :  7666643331   MIN :  1333466667 

桁数 :  11 
高橋数 :  86431976532 
MAX :  98766543321   MIN :  12334566789 

桁数 :  12 
高橋数 :  675320876442 
MAX :  877665443220   MIN :  202344566778 

高橋数 :  663330866652 
MAX :  866666533320   MIN :  203335666668 

高橋数 :  633331766664 
MAX :  766666433331   MIN :  133334666667 

高橋数 :  555499994445 
MAX :  999955554444   MIN :  444455559999

題意に添って「数字が高橋数か」でプログラムを組むと効率が悪いと気が付きましたので、「最大値で作られる数が高橋数となるか」に 作り直しました。
(10進BASICです。)

LET MXF=12
DIM COL(MXF)
DIM CLN(MXF)
DIM WRK(MXF)
FOR FIG=3 TO MXF
   PRINT "桁数 : ";FIG
   LET EXT=0
   MAT COL=ZER
   DO
      CALL coutup(FIG,COL,EDM)
      LET MX=0
      FOR J=1 TO FIG
         LET MX=10*MX
         LET MX=MX+COL(J)
      NEXT J
      CALL sermin(FIG,COL,MN)
      LET N=MX-MN
      CALL looknm(N,CLN)
      CALL sermax(FIG,CLN,ANS)
      IF ANS=MX AND INT(N/10^(FIG-1))>0 THEN
         PRINT "高橋数 : ";N
         PRINT "MAX : ";MX;"  MIN : ";MN
         PRINT
         LET EXT=1
      END IF
   LOOP UNTIL EDM=1
   IF EXT=0 THEN 
      PRINT"解なし"
      PRINT
   END IF
NEXT FIG
PRINT "終了"


SUB coutup(DIM,ARR(),EDM)
   LET EDM=0
   LET cuC=1
   IF ARR(cuC)<9 THEN
      LET ARR(cuC)=ARR(cuC)+1
   ELSE
      DO
         LET cuC=cuC+1
         IF cuC>DIM THEN
            LET EDM=1
            EXIT DO
         ELSEIF ARR(cuC)<9 THEN
            LET cuN=ARR(cuC)+1
            FOR cuJ=cuC TO 1 STEP -1
               LET ARR(cuJ)=cuN
            NEXT cuJ
            EXIT DO
         END IF
      LOOP
   END IF
END SUB

SUB looknm(N,ARR())
   MAT ARR=ZER
   LET lnN=N
   LET lnJ=0
   DO
      LET lnJ=lnJ+1
      LET ARR(lnJ)=MOD(lnN,10)
      LET lnN=INT(lnN/10)
   LOOP UNTIL lnN=0
END SUB

SUB sermax(DIM,ARR(),N)
   MAT WRK=ARR
   LET N=0
   FOR sxJ=1 TO DIM
      LET N=10*N
      LET sxN=-1
      FOR sxK=1 TO DIM
         IF sxN<WRK(sxK) THEN
            LET sxN=WRK(sxK)
            LET sxM=sxK
         END IF
      NEXT sxK
      LET WRK(sxM)=-1
      LET N=N+sxN
   NEXT sxJ
END SUB

SUB sermin(DIM,ARR(),N)
   MAT WRK=ARR
   LET N=0
   LET snJ=1
   LET snN=10
   FOR snK=1 TO DIM
      IF snN>WRK(snK) AND WRK(snK)<>0 THEN 
REM "AND WRK(snK)<>0"を外すとMIN数の最上位に0を許す
         LET snN=WRK(snK)
         LET snM=snK
      END IF
   NEXT snK
   LET WRK(snM)=10
   LET N=N+snN
   FOR snJ=2 TO DIM
      LET N=10*N
      LET snN=10
      FOR snK=1 TO DIM
         IF snN>WRK(snK) THEN
            LET snN=WRK(snK)
            LET snM=snK
         END IF
      NEXT snK
      LET WRK(snM)=10
      LET N=N+snN
   NEXT snJ
END SUB

END

愛知県 Y.M.Ojisan さんからの解答

全般に10進数を [A,B,C]=100A+10B+C と表すこととします。

【問題1】 495

3桁の数を[α,β,γ]とし 最大数を[a,b,c] 最小数を[c,b,a]とします。このとき

[a,b,c]−[c,b,a]=[a,0,c]−[c,0,a]=99(a-c)=[α,9,γ]=[b,9,c] or[c,9,b]

です。a=9は決定です。
整理すると 801=100(b+c) or 801=199c+b です。
前者は成立しません。

後者はc=4、b=5のみです。

【問題2】 6174

4桁の数を[α,β,γ,δ]とし 最大数を[a,b,c,d] 最小数を[d,c,b,a]とします。このとき

[a,b,c,d]−[d,c,b,a]=999(a-d)+90(b-c) です。

X=a-d, Y=b-c とおけば 
[α,β,γ,δ]=999X+90Y   9≧X≧Y≧0 とおけることが判ります。

Y=0の場合 999X=[X-1,9,9,10−X] なのでa=b=c=9 が定まり、適当なXがありません。
よって 9≧X≧Y≧1です。
この45通りを調べると、解が得られます。

【問題3】

下表にPCでの計算結果(3〜23桁)を示します。
5桁と7桁は存在しません。

【問題4】

8桁以上は必ず存在する。下表最下3行参照。

【おまけ】

下表に示す。16桁以上で必ず存在する。

奇数桁のときは中央に9が必ず存在するので、1が存在する。
偶数桁のときは中央2桁に注目することにより、1ないし2が存在することが証明できる。
これらを利用して探索を効率化した。

高橋数/おまけ数 高橋数 おまけ数
桁数 0を含まない 0を含む 0を含む
3 495 - -
4 6174 - -
5 - - -
6 549945
631764
- 660852
7 - - -
8 63317664 97508421 66308652
9 554999445
864197532
- -
10 6333176664 9753086421
9975084201
6633086652
6752087442
11 86431976532 - -
12 555499994445
633331766664
975330866421
997530864201
999750842001
663330866652
675320876442
13 8643319766532 - -
14 63333317666664 97533308666421
97755108844221
99753308664201
99975308642001
99997508420001
66333308666652
67533208766442
15 555549999944445
864333197666532
- -
16 6333333176666664 9753333086666421
9775531088644221
9975333086664201
9977551088442201
9997533086642001
9999753086420001
9999975084200001
6633333086666652
6753332087666442
17 86433331976666532 98765420987543211 89765420987543211
18 555554999999444445
633333331766666664
886644219977553312
975333330866666421
977553310886644221
997533330866664201
997755310886442201
999753330866642001
999775510884422001
999975330866420001
999997530864200001
999999750842000001
663333330866666652
675333320876666442
19 8643333319766666532 9876543209876543211
9987654209875432101
8976543209876543211
20 63333333317666666664
88664432199776553312
97533333308666666421
97755333108866644221
97775551108884442221
99753333308666664201
99775533108866442201
99975333308666642001
99977553108864422001
99997533308666420001
99997755108844220001
99999753308664200001
99999975308642000001
99999997508420000001
66333333308666666652
67533333208766666442
21 555555499999994444445
864333333197666666532
987654332098766543211
998765432098765432101
999876542098754321001
897654332098766543211
899765432098765432101
899976542098754321001
22 6333333333176666666664
8866443321997766553312
9753333333086666666421
9775533331088666644221
9777555311088864442221
9975333333086666664201
9977553331088666442201
9977755511088844422201
9997533333086666642001
9997755331088664422001
9999753333086666420001
9999775531088644220001
9999975333086664200001
9999977551088442200001
9999997533086642000001
9999999753086420000001
9999999975084200000001
6633333333086666666652
6753333332087666666442
23 86433333331976666666532
87765443219997765543222
98765433320987666543211
98776554210988754432211
99876543320987665432101
99987654320987654321001
99998765420987543210001
89765433320987666543211
89776554210988754432211
89976543320987665432101
89997654320987654321001
89999765420987543210001
偶数桁例 633〜331766〜664 97533〜330866〜66421
999〜9975084200〜001
6633〜330866〜6652
6753〜320876〜6442
奇数桁例 86433〜3319766〜66532 9876543〜332098766〜6543211
99〜998765420987543210〜001
8976543〜33209876〜66543211
89〜999765420987543210〜001
3の倍数桁例 55〜55499〜99944〜445 - -

注記) xx〜xxは 同じ桁数(0〜)の数字を入れます。

【PS】

あまり良い結果は出せませんでした。
そこで、多数の結果を示し、どなたかのひらめきを期待します。


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