3次元空間内の直線の方程式の一般形は何でしょうか?
私の考えでは、2つの平面が交わった線として表すのでは
ないかと思いますが、どうでしょうか?つまり

aX+bY+cZ+d=0
eX+fY+gZ+h=0

いかがでしょうか?

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A 回答 (3件)

2点A,Bを通る直線の式は、


Oを原点、直線上の任意の点をPとし、
OPベクトルをp,OAベクトルをa,ABベクトルをdで表したとき
p=a+td  (tは実数)
とかけます。

たとえば2点A(-1,-2,-3),B(4,5,6)を通る直線の式は
p=(x,y,z)としたとき
(x,y,z)=(-1,-2,-3)+t(5,7,9)
となります。x,y,zはtの1次式で表されているので
すべてをt= の形に直すと
(x+1)/5=(y+2)/7=(z+3)/9
となり、こんなふうに直線ABを表現することも可能です。

もちろんpromeさんの表現の仕方も直線を表す1つの方法です。
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この回答へのお礼

ありがとうございました。高校で習ったのを思い出しました。

お礼日時:2001/05/21 18:58

数学ではなく、3D幾何計算ライブラリーとしてなら、



・直線の通る点(px,py,pz)
・直線の方向(単位ベクトル,vx,vy,vz)

が多いように思います。これが普通かどうかは知りません。
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確かにその方法もあります。


目的に合わせて適切なやり方を選べばよいと思うのですが、
一般的には媒介変数を使うのが便利ではないでしょうか。

x=λt+α
y=μt+β
z=νt+γ
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Q直交する2直線

方程式2x^2-3xy+λy^2+5y+μ=0がxy平面上の直交する2直線を表すようにλ,μを定め、この2直線の方程式を求めよという問題なんですが、解き方、考え方が分かりません。
答は λ=μ=-2
  2x+y=2、2y-x=1 です。

直交する2直線が上方程式で表せれるということもよく分からないので、その辺りもよろしかったら教えてください。

Aベストアンサー

直線の式は ax+by+c=0 という風に表す、というのはOKですね。
与えられた式が(ax+by+c)(px+qy+r)=0 とできたとすると
ax+by+c=0 または px+qy+r=0 となり、2つの直線を表すことになります。
ここまでは、may-may-jpさんの回答の通りですが、ただ因数分解できるだけではλとμは特定できません。そこで必要になるのが「直交」の条件です。

直交する条件は2つの直線の傾きの積が-1になることです。
ax+by+c=0 を変形して y=(a/b)x+(c/b) ただし b≠0
同様に px+qy+c=0 を変形して y=(p/q)x+(r/q) ただし q≠0
とすると 傾きはそれぞれ a/b,p/qですか積が-1 すなわち
(a/b)・(p/q)=ap/bq = -1 ∴ ap = -bq が直交条件です。

なお、b=0(q=0)のときは直線はy軸に平行になります。このとき直交する直線はx軸と平行になり、xの係数が0 つまりp=0(a=0) になります。このときもap = -bq (=0)で成り立ちます。

さて(ax+by+c)(px+qy+r)=0 の左辺を展開すると
apx^2+bqy^2+(aq+bp)xy+(ar+cp)x+(br+cq)y+cr=0
となります。(途中の計算はご自分で確かめてください。)
ここで直交条件をみると x^2 とy^2の係数に注目すればよいことが分かります。
与式に戻って、2x^2-3xy+λy^2+5y+μ=0のx^2 とy^2の係数をみれば 2=-λ すなわちλ=-2が求められます。
これを代入して
2x^2-3xy+2y^2+5y+μ=0
これが(ax+by+c)(px+qy+r)=0 の形に因数分解できれば良いわけです。
x^2,y^2,xyの係数に注目すると
(2x+y+c)(x-2y+r)=0 --(*)という形になることは容易に分かります。
あとはx,yの係数から
2r+c=0
r-2c=5
の2式が出ますので、連立方程式を解いて
r=1, c=-2 よってμ=cr=-2
となります。
このrとcを(*)に代入すれば
(2x+y-2)(x-2y+1)=0 となり、直線の式は 2x+y-2=0,x-2y+1=0
と求まります。
答えの2x+y=2、2y-x=1 は上記の式の定数項を移行した形ですね。

直線の式は ax+by+c=0 という風に表す、というのはOKですね。
与えられた式が(ax+by+c)(px+qy+r)=0 とできたとすると
ax+by+c=0 または px+qy+r=0 となり、2つの直線を表すことになります。
ここまでは、may-may-jpさんの回答の通りですが、ただ因数分解できるだけではλとμは特定できません。そこで必要になるのが「直交」の条件です。

直交する条件は2つの直線の傾きの積が-1になることです。
ax+by+c=0 を変形して y=(a/b)x+(c/b) ただし b≠0
同様に px+qy+c=0 を変形して y=(p/q)x+(r/q) ただし...続きを読む

Q2直線ax+2y-3=0、3x+y-4=0のなす角が45度であるとき、

2直線ax+2y-3=0、3x+y-4=0のなす角が45度であるとき、aの値を求めよ。ただし、a>0とする。    本当に困ってます。よろしくお願いします。

Aベストアンサー

方法は幾つかある。余弦定理を使っても良いが、orthodoxに行こう。

ax+2y-3=0 ‥‥(1)、3x+y-4=0 ‥‥(2).
直線(1)の傾きは、tanα=-a/2、直線(2)の傾きは、tanβ=-3. ‥‥(3)
(1)と(2)の交角が45°であるから(補角の135°も考えなければならないから、tan(α-β)=(tanα-tanβ)/(1+tanα*tanβ)=±1 ‥‥(4)
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(注)
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Qxy平面において、原点Oを通り互いに直交する2直線

xy平面において、原点Oを通り互いに直交する2直線を引き、直線x=-1および直線x=3√3 との交点をそれぞれP、Qとする。 OP+OQの最小値を求めよ。

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原点Oを通り互いに直交する2直線をm,nとしましょうか。交点は4つある。
A: mとx=-1との交点
B: mとx=3√3との交点
C: nとx=-1との交点
D: nとx=3√3との交点
P, Qってどれだよ?というのがソモソモの疑問デスヨネ?
(1) OP+OQがOA+OBのことなのだとすると(直線nには出番がありませんが)、OA+OBの最小値が1+3√3であることは自明。
(2) OP+OQがOC+ODでも同じです。(直線mには出番がありませんで)最小値は1+3√3。
(3) OP+OQがOA+OCのことなのだとすると(直線x=3√3には出番がありませんで)、△OACは直角三角形である。明らかに、直角二等辺三角形の場合にOA+OCが最小になるんで、2√2が答。
(4) OP+OQがOB+OCのことだったら(直線x=-1には出番がありませんで)、(3)と比べて、直角三角形の各辺の長さが3√3倍になるだけなので、(2√2)×(3√3)が答である。
 残る問題は、
(5) OP+OQがOA+ODであるとき。(ま、出題者の意図は専らこれなんでしょうけど、はっきり書いてないと(1)~(4)も省けません。)
 交差する相手の直線を x=-1とx=3√3じゃなくて一般にx=a, x=b (a≠0, b≠0)だとしてみましょう。
 そして、mの方程式を ux + vy = 0 とすると、v=0の場合にはmはx=aともx=bとも交点を持たない。また、u=0の場合にはnがaともx=bとも交点を持たない。だから(5)においては、これらの場合は除外してよろしい。というわけで、mの方程式を
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と書いても差し支えない。このときnの方程式は
  y = x/α
です。
  A= (a, aα)
  D= (b, b/α)
であり、原点からの距離は
  OA = |A| = |a|√(1+α^2)
  OD = |D| = |b|√(1+1/(α^2))
である。
OA+OD をfと書くことにすると、
  f = |A|+|D| = |a|√(1+α^2) + |b|√(1+1/(α^2))
である。ここで
  z = α^2
とおくと zは正の実数 (z>0)です。zを使って
  f = |a|√(1+z) +|b|√(1+1/z)
と書き直します。さて、fの極小値を計算する。つまり方程式
  df/dz = 0
を満たすzを計算するわけで、df/dzを計算して方程式に代入すると
  |a|/(2√(1+z)) - |b|/(z^2)/(2√(1+1/z)) = 0
移項して分母を払うと
  |a|(z^2)√(1+1/z) = |b|√(1+z)
両辺を2乗して
  (a^2)(z^4)(1+1/z) = (b^2)(z+1)
つまり
  (a^2)(z^3)(z+1) = (b^2)(z+1)
z>0なので(z+1)で割って
  (a^2)(z^3) = (b^2)
a≠0なので
  z^3 = (b/a)^2
である。ただし、zは正の実数でなくてはならないのでした。
 ところで、aとbは0でない実数でした。なので、a,bを決めるとこの方程式を満たすzはいつも丁度ひとつ存在して、それは
z = ((b/a)^2)の立方根
です。これを
  f = |a|√(1+z) +|b|√(1+1/z)
に代入するとfの極値、つまりfの極小値あるいはfの極大値が得られる。
 ですが、fの極値を与えるzがただ一つしかなくて、しかもz→0やz→+∞のときにfが+∞に発散するんですから、極大なんてそもそも存在しないのは明らか。なので、この計算でfの極小値が得られ、これがfの最小値でもある。

原点Oを通り互いに直交する2直線をm,nとしましょうか。交点は4つある。
A: mとx=-1との交点
B: mとx=3√3との交点
C: nとx=-1との交点
D: nとx=3√3との交点
P, Qってどれだよ?というのがソモソモの疑問デスヨネ?
(1) OP+OQがOA+OBのことなのだとすると(直線nには出番がありませんが)、OA+OBの最小値が1+3√3であることは自明。
(2) OP+OQがOC+ODでも同じです。(直線mには出番がありませんで)最小値は1+3√3。
(3) OP+OQがOA+OCのことなのだとすると(直線x=3√3には出番がありませんで)、△OACは直角三角形であ...続きを読む

Q直線 x=-3-2t、y=4+t ...(1) と直線 x=-3+3t, y=-7+4t....(2)

問題1
直線 x=-3-2t、y=4+t ...(1) と直線 x=-3+3t, y=-7+4t....(2)のグラフを書き、その交点を求めよ。

問題2
直線(1)、(2)のなす角をΘ(0°≦Θ≦90°)とするとき、CosΘを求めよ。

問題3
直線(1)と(2)について、それぞれの方向余弦のうち、xの値が正であるものを求めよ。

⇔問題1はとけましたけど、問題2と3がわかりませんでした。

まず問題1は、x=-3-2t=-3+3s y=4+t=-7+4sとしました。sと置き換えたのは=とした時にtの値が同じとは限らないので、
結果
2t+3s=0 t-4s=-11となり、
t=-3、s=2となりました。
交点は(x、y)=(3.1)となりました(答)

問題2は
(1)の方向ベクトルと(2)の方向ベクトルがどのようにしたら求めてよいのか解らないのでとけませんでした。 いままで学んだ内容だと、二点P1(-1,3),P2(2,-1)をとおる媒介変数tを表せという問題をといてきて、
単純にp1p2=(x-x1,y-y1) をやって方向ベクトルをもとめ、x=x1+tl,y=y1+tmの公式にしたがってx=-1+3t,y=3-4tと方向ベクトルを求めていたのですけど、
今回はx-x1にあたる部分が題意を読んで何処なのかわかりませんでした。

題意のx=-3-2t、y=4+t (1)と(2)の式からx1の部分をー3、y1の部分を4とみるのでしょうか?
そうすると、x-x1、y-y1のx1とy1の部分はわかるのですけど、xとyが解らないので、引き算ができず、方向ベクトルが求まりませんでした。

答えをみるとl→=(-2,1)(1) m→=(-3、-4)(2)となってました。どうやったらこのように求まるのでしょうか?

問題3は手が付けられませんでした>_<

だれかこの問題詳しく教えてください、宜しくおねがいします!!>_<

問題1
直線 x=-3-2t、y=4+t ...(1) と直線 x=-3+3t, y=-7+4t....(2)のグラフを書き、その交点を求めよ。

問題2
直線(1)、(2)のなす角をΘ(0°≦Θ≦90°)とするとき、CosΘを求めよ。

問題3
直線(1)と(2)について、それぞれの方向余弦のうち、xの値が正であるものを求めよ。

⇔問題1はとけましたけど、問題2と3がわかりませんでした。

まず問題1は、x=-3-2t=-3+3s y=4+t=-7+4sとしました。sと置き換えたのは=とした時にtの値が同じとは限...続きを読む

Aベストアンサー

宿題かも知れませんが、きちんと自分でお考えのようなので。

(2)です。

直線(1)は、(x,y)=(-3,4)+t(-2,1)
直線(2)は、(x,y)=(-3,-7)+t(3,4)

と書けます。ということは、

直線(1)は、点(-3,4)を通って、ベクトル(-2,1)に平行な直線
直線(2)は、点(-3,-7)を通って、ベクトル(3,4)に平行な直線

ということなので、2直線のなす角θは、2つのベクトル(-2,1),(3,4)[←これって、それぞれの直線の方向ベクトルです。]のなす角と同じか、又は、「180°-なす角」です。すると、内積を考えて、

cosθ=(-2*3+1*4)/√(4+1)・√(9+16)
=(-2)/(5√5)
=(-2√5)/25

となります。cosがマイナスなので、θは90°よりも大きいことが判ります。今、0≦θ≦90°なので、求めたい値は、

cos(180°-θ)
=-cosθ
=2√5/25

となります。

答の中で、(2)の方向ベクトルを(-3,-4)としているのは、最初から0≦θ≦90°を考慮しているためです。

宿題かも知れませんが、きちんと自分でお考えのようなので。

(2)です。

直線(1)は、(x,y)=(-3,4)+t(-2,1)
直線(2)は、(x,y)=(-3,-7)+t(3,4)

と書けます。ということは、

直線(1)は、点(-3,4)を通って、ベクトル(-2,1)に平行な直線
直線(2)は、点(-3,-7)を通って、ベクトル(3,4)に平行な直線

ということなので、2直線のなす角θは、2つのベクトル(-2,1),(3,4)[←これって、それぞれの直線の方向ベクトルです。]のなす角と同じか、又は、「180°-なす角」です。すると、内積を考えて、

cosθ=...続きを読む

Q2直線が直交するように、A,Bと交点の途中式を教えてください

2直線が直交するように、A,Bと交点の途中式を教えてください

(1) (x-3)/2 = (y+1)/-3 = (z-4)/A , (x+5)/3 = (y+6)/4 = z+B
A.A=6 B=4 交点(1,2,2)

(2) x+3 = (y-1)/2 = (z-7)/A , x/2 = (y-B)/5 = (z+2)/4
A.A=-3 B=7 交点(0,7,-2)

全く分かりません。例が参考にならないのでよろしくお願いします

Aベストアンサー

(1)
(x-3)/2 = (y+1)/-3 = (z-4)/A
の方向ベクトルは(2,-3,A)

(x+5)/3 = (y+6)/4 = (z+B)/1
の方向ベクトルは(3,4,1)
2つの方向ベクトルが直交するから内積=0
(2,-3,A)・(3,4,1)=6-12+A=0 ∴A=6

この時前半の直線は
(x-3)/2 = (y+1)/-3 = (z-4)/6(=kとおく)
媒介変数表現で
x=2k+3,y=-3k-1,z=6k+4…(1)

後半の直線は
(x+5)/3 = (y+6)/4 = (z+B)/1=h
とおけば媒介変数表現で
x=3h-5,y=4h-6,z=h-B…(2)

(1),(2)を連立方程式として解けば交点の座標(x,y,z)とBが求まります。
x=1,y=2,z=-2,B=4,k=-1,h=2
答えのA=6,B=4は合っていますが、交点の座標が正しくないようです。
正しい交点は(1,2,-2)です。
確認してみて下さい(元の直線の方程式に代入して式が成り立つかで分かります)。

(2)も同様の方法で出来ますのでやってみて下さい。

(1)
(x-3)/2 = (y+1)/-3 = (z-4)/A
の方向ベクトルは(2,-3,A)

(x+5)/3 = (y+6)/4 = (z+B)/1
の方向ベクトルは(3,4,1)
2つの方向ベクトルが直交するから内積=0
(2,-3,A)・(3,4,1)=6-12+A=0 ∴A=6

この時前半の直線は
(x-3)/2 = (y+1)/-3 = (z-4)/6(=kとおく)
媒介変数表現で
x=2k+3,y=-3k-1,z=6k+4…(1)

後半の直線は
(x+5)/3 = (y+6)/4 = (z+B)/1=h
とおけば媒介変数表現で
x=3h-5,y=4h-6,z=h-B…(2)

(1),(2)を連立方程式として解けば交点の座標(x,y,z)とBが求まります。
x=1,y=2,z=-2,B=4,k=-1,h=2
答えの...続きを読む

Q(1)半径rの円x^2+y^2=r^2と直線3x+y+10=0が共有点

(1)半径rの円x^2+y^2=r^2と直線3x+y+10=0が共有点をもつとき、rの値の範囲を求めなさい。
(2)円x^2+y^2=18と直線y=x+mが共有点をもつとき、定数mの値の範囲を求めなさい。
(3)半径rの円x^2+y^2=r^2と直線4x-y+17=0が異なる2点で交わるとき、rの値の範囲を求めなさい。
(4)円x^2+y^2=5と直線y=3x+mが接するとき、定数mの値の範囲を求めなさい。
(5)半径rの円x^2+y^2=r^2と直線x-3y-10=0が共有点を持たないとき、rの値の範囲を求めなさい。

解き方含め教えてください!!
お願いします。

Aベストアンサー

(1)
共有点を持つ、つまり実数解をもつということです。
実数解をもつということは、判別式DがD≧0となればよいのは分かりますね?
さて、何と何が実数解をもつかというと、x^2+y^2=r^2と3x+y+10=0ですね。
3x+y+10=0をy=-3x-10と変形して、これをx^2+y^2=r^2に代入して、xの2次方程式にしてD≧0を計算すればいいわけです。

(2)
同様に考えましょう。
y=x+mをx^2+y^2=18に代入してxの2次方程式にして、D≧0を計算すればmの値の範囲が分かるはずです。

(3)
異なる2点で交わる。つまり重解を持たずに実数解をもつ場合です。このとき判別式DはD>0となります。
他の考え方は一緒です。
4x-y+17=0を変形してx^2+y^2=r^2に代入し、その2次方程式の判別式DをD>0として計算するだけです。

(4)
接するとき、つまり重解をもつ時です。この時判別式DはD=0となります。

(5)
共有点を持たないときは、実数解をもたないときになります。
D<0ということです。


長くなりましたが、判別式の使い方さえ把握していれば全部同じ考え方で解ける基本問題ですね。

(1)
共有点を持つ、つまり実数解をもつということです。
実数解をもつということは、判別式DがD≧0となればよいのは分かりますね?
さて、何と何が実数解をもつかというと、x^2+y^2=r^2と3x+y+10=0ですね。
3x+y+10=0をy=-3x-10と変形して、これをx^2+y^2=r^2に代入して、xの2次方程式にしてD≧0を計算すればいいわけです。

(2)
同様に考えましょう。
y=x+mをx^2+y^2=18に代入してxの2次方程式にして、D≧0を計算すればmの値の範囲が分かるはずです。

(3)
異なる2点で交わる。つまり重解を持たずに実数解をもつ...続きを読む

QFortranで直交座標から極座標変換のプログラム

Fortranで直交座標から極座標変換のプログラム

FDTD法を用いて、散乱電場を求める際、最初Ex(i,j,k), Ey(i,j,k), Ez(i,j,k)を求めましたが、
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どなたかわかる方がいらっしゃたら教えて下さい。よろしくお願いします。

Aベストアンサー

座標変換(デカルト座標から極座標)に伴う単位ベクトルの変換またはベクトル成分の変換を行おうということなら下記URL参照。

参考URL:http://www-d.ige.solan.chubu.ac.jp/goto/docs/math/pm6.ssi

Q線形です (1)を x+3y-2z=0 x-2y+4z=0 x^2+y^2+z^2=1をもちいて 答

線形です
(1)を
x+3y-2z=0
x-2y+4z=0
x^2+y^2+z^2=1をもちいて
答えが+-の答えになりました
(2)では外せきが8,-6,-5となり
おおきさの5ルート5で割ると
+-の答えにはなりませんでした
どちらが正しいのでしょうか?

Aベストアンサー

外積からでてきた単位べクトルは、外積の定義から、ベクトルa、bに垂直ですよね。
だからそれと正反対のベクトルも、ベクトルa、bに垂直な単位ベクトルだから、これも答えに入れれば
よいのです。つまり外積から出した単位ベクトルの各成分に(-1)をかけた成分のベクトルも答えに
なります。そしてこうして出した2つのベクトルは、先に内積で出した2つのベクトルと一致します。

Q直線を描画するプログラム

初歩的ですみません。
マウスで始点と終点を決めて直線を書くプログラムを知っている方がおりましたら教えてください。

よろしくお願いします。

Aベストアンサー

WinTKというのは良く分からないんで、MFCの方を……
とりあえずダイアログアプリケーションで説明すると、

1.
 ダイアログベースのスケルトンを作ります
2.
 xxxDlg.h に座標を保持るためメンバを追加します。
class CxxxDlg : public CDialog
 {
   CPoint m_ptBegin, m_ptEnd;

3.
クラスウィザードで WM_LBUTTONUP, WM_RBUTTONUP を選択します。

4.
 void CxxxDlg::OnLButtonUp(UINT nFlags, CPoint point)
 {
   // ここの point に左ボタンが離された座標が入ってますので保持しておきます(始点)
   m_ptBegin = point;
   CDialog::OnLButtonUp(nFlags, point);
 }
5.
 void CxxxDlg::OnRButtonUp(UINT nFlags, CPoint point)
 {
   // ここの point に右ボタンが離された座標が入ってますので保持しておきます(終点)
   m_ptEnd = point;

   // 再描画します。
   InvalidateRect( NULL );

   CDialog::OnRButtonUp(nFlags, point);
 }

6.
 CxxxDlg::OnPaint()関数の以下の部分を変更します。

 else
 {
   CDialog::OnPaint();
 }
      ↓
 else
 {
   CPaintDC dc( this );

   dc.MoveTo( m_ptBegin );
   dc.LineTo( m_ptEnd );

   CDialog::OnPaint();
 }

と、大体こんな感じです。m_ptBegin, m_ptEndはコンストラクタで初期化してやっておいて
ください。説明が大雑把なんでわかりにくかったら言ってくださいね。

ほな。

WinTKというのは良く分からないんで、MFCの方を……
とりあえずダイアログアプリケーションで説明すると、

1.
 ダイアログベースのスケルトンを作ります
2.
 xxxDlg.h に座標を保持るためメンバを追加します。
class CxxxDlg : public CDialog
 {
   CPoint m_ptBegin, m_ptEnd;

3.
クラスウィザードで WM_LBUTTONUP, WM_RBUTTONUP を選択します。

4.
 void CxxxDlg::OnLButtonUp(UINT nFlags, CPoint point)
 {
   // ここの point に左ボタンが離された座標が入ってますので保...続きを読む

Q図のように、直線y=1/2x+a(a>0)が直線y=2xと交わる点をA

図のように、直線y=1/2x+a(a>0)が直線y=2xと交わる点をA、x軸、y軸と交わる点をそれぞれB、Cとするとき、点Aのy座標が12のとき、線分BOの長さを求めなさい。ただし、座標の1メモリを1cmとする。

という問題です。教えてください。

Aベストアンサー

まず、点Aの座標を考えます
点A(Ax,12)と置きます
次に点Aはy=2x上の点なのでここにy=12を代入すると
12=2x
x=6
よって、点Aは(6,12)となります
次に、y=(1/2)x+aの切片aを求めます
点A(6,12)を通るので、これを式y=(1/2)x+aに代入すると
12=3+a
a=9
よって切片9となります
後はBの座標を出すのみで、B(Bx,0)とおくとy=(1/2)x+9に代入して
0=(1/2)x+9
(1/2)x=-9
x=-18
よってB(-18,0)
あとは簡単な話で、原点からの距離なので答えは18cm


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