






중복순열에서 ‘반드시 포함’ 조건을 놓치지 않는 법
문정여자고등학교 학생의 풀이 기록에는 다음과 같은 오류가 남아 있었다.
“문자 A, B, C를 중복해서 네 자리로 배열할 때 A를 반드시 포함해야 하므로, 첫 자리를 A로 고정한 뒤 나머지 세 자리를 배열하면 된다.”
이 계산은 A가 첫 자리에만 오는 경우를 세므로, A가 두 번째·세 번째·네 번째 자리에 포함되는 배열을 빠뜨린다. 오치동과외에서 이 유형을 다룰 때는 특정 원소를 한 자리에 고정하기보다 전체 경우에서 빠진 경우를 빼는 방법을 먼저 점검한다.
하나의 식에서 출발하기
문자 A, B, C를 중복하여 네 자리로 배열하되 A가 적어도 한 번 포함되는 경우를 구해 보자.
전체 배열은 각 자리마다 3가지 선택이 가능하므로
34
이다. 반대로 A가 한 번도 나오지 않는 배열은 B와 C만 사용하므로
24
이다. 따라서 원하는 경우의 수는 여사건을 이용해
34 − 24 = 81 − 16 = 65
이다.
왜 첫 자리를 고정하면 안 되는가
첫 자리를 A로 고정하면 나머지 세 자리는 자유롭게 정할 수 있어 33 = 27가지가 나온다. 그러나 이는 A가 첫 자리에 있는 배열만 센 결과다.
예를 들어 BACA는 A를 포함하지만 첫 자리가 A가 아니므로 고정 방식에서는 제외된다. 즉 ‘반드시 포함’은 ‘특정 자리에 고정’과 같은 조건이 아니다.
조건을 두 종류로 넓혀 보기
이번에는 A, B, C를 중복하여 네 자리로 배열하면서 A와 B가 각각 적어도 한 번씩 나오도록 하자.
전체 경우는 34가지이다.
- A가 없는 경우: 24
- B가 없는 경우: 24
- A와 B가 모두 없는 경우: C만 사용하므로 1
따라서 포함배제 원리에 따라
34 − 24 − 24 + 1 = 81 − 16 − 16 + 1 = 50
이다. 두 조건을 각각 빼면서 A와 B가 모두 없는 경우를 두 번 제외했으므로 마지막에 한 번 더 더해야 한다.
풀이를 고친 뒤의 점검
다음 세 질문으로 답을 검증할 수 있다.
- 전체 배열 수를 먼저 정확히 세었는가?
- 필수 원소가 없는 여사건을 같은 길이의 중복배열로 표현했는가?
- 두 종류 이상을 반드시 포함할 때 겹쳐서 뺀 경우를 다시 더했는가?
따라서 특정 원소를 반드시 포함하는 중복배열은 자리 고정보다 전체 경우 − 미포함 경우를 우선 검토하는 것이 안전하다. 이 원칙은 광주 지역에서 중복순열을 복습하는 학생이 오치동과외 수업에서 다양한 조건으로 확장할 때도 그대로 적용된다.