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이항계수 대칭성, 선택과 제외를 바꾸어 계산하는 법

독립 적용 마지막 문항에서 한 학생이 ₁₂C₉₁₂C₃를 서로 다른 값으로 계산했다. 하지만 12명 중 9명을 선택하는 것은 선택하지 않을 3명을 정하는 것과 같으므로 두 값은 반드시 같다. 이런 관점을 익히는 대덕구과외에서는 계산보다 먼저 선택과 제외의 대상을 확인한다.

틀린 계산이 생긴 장면

학생의 풀이 기록은 다음과 같았다.

표현 학생의 계산 정확한 관계
₁₂C₉ 220 ₁₂C₃ = 220
₁₂C₃ 132 ₁₂C₉ = 220

₁₂C₉는 직접 계산하면

₁₂C₉ = 12! ÷ (9!·3!) = ₁₂C₃ = 220

이다. 132는 12에서 2개를 고르는 경우의 수인 ₁₂C₂의 값이므로, 아랫부분의 숫자를 잘못 옮긴 결과다.

선택과 제외의 대응

12명 중 9명을 선택하는 하나의 방법마다 선택되지 않은 3명이 정확히 대응한다. 따라서

nCr = nC(n-r)

가 성립한다. 여기서 r은 선택하는 개수이고, n-r은 선택하지 않는 개수다. 두 수의 합이 n이 되는지 확인하면 대칭 여부를 빠르게 판단할 수 있다.

계산을 줄이는 변형

큰 r이 주어지면 n-r이 작은 쪽으로 바꾸어 계산한다.

  • ₁₅C₁₁ = ₁₅C₄
  • ₂₀C₁₇ = ₂₀C₃
  • ₁₈C₁₀ = ₁₈C₈

예를 들어

₂₀C₁₇ = ₂₀C₃ = (20·19·18) ÷ (3·2·1) = 1140

이다. 17개를 고르는 식을 그대로 전개하는 것보다 3개를 고르는 식으로 바꾸는 편이 계산 실수가 적다.

기호를 바꾼 재구성

다음 식에서 빈칸에 들어갈 기호를 고르면 된다.

₁₄C₁₀ = ₁₄C□

선택하지 않는 개수는 14-10=4이므로 빈칸은 4다.

또한

ₙCₖ = ₙCₘ

가 항상 성립하는 것은 아니다. 대칭성으로 같아지려면 m=n-k여야 한다. 예를 들어 ₁₀C₄와 ₁₀C₆은 같지만, ₁₀C₄와 ₁₀C₅는 일반적으로 다른 값이다.

최종 확인

다음 문제를 점검한다.

₁₆C₁₃ + ₁₆C₃의 값을 구하여라.

대칭성에 따라 ₁₆C₁₃=₁₆C₃이므로

₁₆C₁₃ + ₁₆C₃ = 2·₁₆C₃

이다. 따라서

2·(16·15·14 ÷ 6) = 2·560 = 1120

정답은 1120이다. 마지막에는 r과 n-r을 각각 확인하고, 두 계수가 같은 이유가 선택과 제외의 대응에 있는지 검증하면 된다.

대덕구 고2수학과외 학부모 후기

학교 수행평가 준비를 펼쳐 놓은 날, 아이가 숫자부터 따라가지 않고 문제 안의 조건 문장을 먼저 짚어 보더라고요. 어디까지 읽었는지 다음에 이어 볼 자리도 정해 두고 나서야 계산할 부분을 살폈어요. 예전에는 자료에 자기 판단의 근거를 따로 남기지 않아서 시간이 지나 다시 보면 왜 그렇게 풀었는지 알기 어려웠거든요. 친구와 공부하고 돌아온 저녁에도 비슷한 장면을 봤습니다. 별말 없이 문제를 한 번 더 읽는데, 수치에 바로 동그라미 치는 대신 조건이 적힌 문장에 먼저 표시를 하더라고요. 대덕구 수학과외 이야기를 나누며 집에서 보이는 이런 모습을 유심히 보고 있었는데, 이번에는 표시 덕분에 아이가 어떤 조건을 기준으로 문제를 읽었는지 눈에 바로 들어왔어요.

★★★★★학부모 후기

시험 전 마지막 복습을 하던 날, 아이가 오답 문제를 보면서 처음 잘못된 식만 따로 찾아 표시하고 있더라고요. 다시 확인할 부분이 섞이지 않게 남겨 둔 걸 보니 예전과는 보는 순서가 조금 달라졌어요. 예전에는 공부가 끝나면 앞에서 풀었던 부분을 다시 꺼내 보는 일이 거의 없었거든요. 모의고사 성적표를 받은 무렵에는 오답에서 처음 틀린 식만 네모로 묶어 두었어요. 답을 맞혔는지보다 어느 식에서 풀이가 어긋났는지 남겨 둔 모습이 눈에 띄었습니다. 대덕구 수학과외를 알아보던 때에도 이런 장면을 기대했던 건 아니지만, 이번에는 문제 전체가 아니라 수정할 자리만 좁혀서 표시했더라고요.

★★★★★학부모 후기

학교 행사가 끝난 날 저녁, 아이는 틀린 문제를 처음부터 다시 푸는 대신 계산이 삐끗한 두 줄만 잠시 들여다보고 있더라고요. 어디서 어긋났는지 찾으려고 자기 계산을 따라가 보는 모습이 낯설었습니다. 대덕구 수학과외 이야기를 나누던 때에도 이런 장면을 떠올리게 될 줄은 몰랐어요. 전에는 막힌 이유를 짧게라도 적어두는 일이 거의 없었는데, 그날은 두 줄을 다시 확인한 뒤 왜 헷갈렸는지 옆에 간단히 남겨두었습니다. 틀린 문제 전체를 붙잡고 있기보다 필요한 부분만 골라 본 점도 달라 보였고요. 다음 시험 계획을 적던 저녁에는 계산이 처음 달라진 줄부터 눈으로 짚어 올라가더니, 필요한 위치에 표시를 하고 다음 일정으로 넘어갔습니다. 계획표보다 먼저 그 계산 흔적을 확인하는 모습이 보이더라고요.

★★★★☆학부모 후기

주말에 공부 계획이 밀려도 예전에는 수학부터 피하려 했는데, 대덕구 수업에서는 선생님이 남은 일을 짧게 나눠 다시 계획하게 도와주셨습니다. 학원 일정이 늦어진 날에도 아이가 편하게 상황을 말했고, 해야 할 것과 다음에 볼 내용을 구분해 주셔서 조금씩 자신 있게 이어가는 모습이 눈에 띄었습니다.

★★★★★학부모 후기

대덕구에서 과외를 시작한 첫날, 옆에서 지켜보니 선생님은 준비해 온 내용을 차분히 확인한 뒤 아이에게 바로 답을 알려주지 않고 어디까지 이해했는지 먼저 물었습니다. 수업할 내용과 다음 시간에 복습할 부분도 나누어 설명해 주셔서 아이가 부담을 덜 느끼는 듯했습니다. 수업을 마친 뒤에는 모르는 문제를 답지부터 찾지 않고 선생님께 물어봐야겠다고 말해, 작은 변화가 반갑게 느껴졌습니다.

★★★★★학부모 후기

주말 계획보다 늦게 일어난 날에도 선생님은 수업 시간을 무리 없이 조정해 주셨고, 아이가 틀린 문제를 피하지 않고 다시 살펴보도록 차분히 이끌어 주셨습니다. 대덕구에서 과외를 시작한 뒤로는 수업 전 질문할 문제를 표시해 두는 습관이 생겼고, 선생님께서 아이의 태도와 부담 정도를 함께 알려주셔서 안심이 됩니다.

★★★★★학부모 후기