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이항정리에서 특정 x차수 항 찾기

학생 풀이 기록에는 다음과 같이 적혀 있었다.

“전개식이 9항이므로 x5항은 5번째 항이다.”

이 판단은 계산 실수보다 먼저 교정해야 한다. 전개 순번은 선택되는 항의 개수로 정해지고, x의 지수는 각 인수의 지수 변화로 결정되기 때문이다. 대전과외 수업에서는 두 값을 분리해 기록하게 한다.

일반항에서 지수를 읽는 방법

예를 들어

(2x2 + 3/x)8

의 일반항을 구하면, 두 번째 항을 r번 선택한 항은

Tr+1 = C(8,r)(2x2)8-r(3x-1)r

이다. 따라서 x의 지수는

2(8-r)-r = 16-3r

로 정해진다. x5항을 찾으려면

16-3r=5

이므로 r=11/3이다. r은 0부터 8까지의 정수여야 하므로 x5항은 존재하지 않는다.

순번과 차수의 구별

r=0이면 첫 번째 항, r=1이면 두 번째 항이다. 즉 항의 순번은 r+1이지만, 목표 차수를 만족하는지는 별도의 방정식으로 확인해야 한다. “x5이므로 다섯 번째 항”이라는 추론은 성립하지 않는다.

상수항 문제로 확인하기

이번에는

(x2 + 1/x)6

에서 상수항을 찾아 보자. 일반항의 x 지수는

2(6-r)-r=12-3r

이다. 상수항의 지수는 0이므로

12-3r=0, r=4

를 얻는다. 따라서 상수항은

C(6,4)(x2)2(x-1)4 = 15

이다. 여기서 r=4는 다섯 번째 항을 뜻하지만, 이는 x의 지수가 0이기 때문에 결정된 결과이지 항 번호를 먼저 정한 결과가 아니다.

새 문제에서의 존재 여부 판정

다음 식에서 x2항의 존재 여부를 판단하자.

(x3 + 2/x)5

일반항의 지수는

3(5-r)-r=15-4r

이다. 15-4r=2를 풀면 r=13/4이므로 정수가 아니다. 따라서 x2항은 존재하지 않는다.

이처럼 목표 차수 방정식의 해가 정수이고 0≤r≤n일 때만 해당 항이 실제로 나타난다. 정답을 계산하기 전에 이 조건을 확인하는 습관이 새로운 문제에도 적용되는지 점검한다.

교정된 풀이의 최종 확인

문제를 풀 때는 다음 순서를 사용한다.

  1. 두 항 중 r번 선택할 항을 정한다.
  2. 일반항을 작성한다.
  3. x의 지수를 r에 대한 식으로 만든다.
  4. 목표 차수와 같게 놓아 r을 구한다.
  5. r이 정수이며 범위 안에 있는지 확인한다.
  6. 가능할 때만 해당 항의 계수를 계산한다.

이 절차를 따르면 전개 순번과 x차수를 혼동하지 않고, 항이 존재하지 않는 경우도 정확히 판정할 수 있다. 대전고3수학과외에서도 계산 결과보다 먼저 r의 조건과 차수식을 검증하는 방식으로 풀이를 정리한다.

대전 고2수학과외 학부모 후기

주말 오전에 책상을 정리하다가 아이가 방정식 문제를 풀고 있는 걸 보게 됐어요. 답이 나온 뒤 바로 다음 문제로 넘어갈 줄 알았는데, 구한 후보 해를 원래 식에 하나씩 넣어 보더라고요. 실제로 식을 만족하는 값만 남기려고 계산 과정을 다시 확인하는 모습이었습니다. 예전에는 맞았는지 틀렸는지만 확인하고 그 자료를 다시 펼쳐 보는 일이 거의 없었거든요. 대전 수학과외 이야기를 나누던 중에도 이런 부분이 달라졌다는 생각이 들었는데, 그 주말 다른 문제를 풀 때도 후보 해를 원래 식에 대입해 남길 값을 가려냈어요. 확인한 부분만 따로 남겨 둔 채 그날 공부를 마무리했습니다.

★★★★☆학부모 후기

수업 전 자료를 다시 펼쳐 보더니 검산이 필요한 문제만 골라 표시해 두었어요. 질문 표시가 되어 있던 부분을 확인하는 중이었는데, 답이 맞는 문제까지 그냥 넘기지 않고 계산 과정을 다시 살피더라고요. 점검한 자리에는 본인이 알아보기 쉽게 흔적도 남겨 두었고요. 대전 수학과외 이야기를 나누기 예전에는 어려운 문제를 만나도 다음에 볼 곳을 따로 표시해 두는 일이 거의 없었어요. 답만 맞으면 넘어가는 편이라, 어디를 다시 확인해야 하는지 남아 있지 않았거든요. 그런데 오답이 많았던 단원을 다시 펼친 날에는 답은 맞았지만 검산이 빠진 문제만 따로 접어 두었어요. 문제 전체를 한꺼번에 표시한 게 아니라 검산이 필요한 것만 추려 놓은 점이 눈에 띄었습니다. 마지막에는 점검한 부분에 남겨 둔 표시를 따라 다시 확인하고 있었습니다.

★★★★★학부모 후기

숙제 검사를 받는 날이면 아이가 틀린 문제를 숨기려 했는데, 선생님은 맞힌 문제도 풀이를 다시 설명하게 하며 부담 없이 확인해 주셨습니다. 대전에서 수업을 시작한 뒤 일정에도 차츰 적응했고, 시험이 가까워지면 새 진도보다 부족한 부분을 다시 보며 그날 할 일과 다음 과제를 분명히 나눠 주셨습니다. 예전처럼 시험기간에 공부량을 갑자기 늘리기보다 틀린 뒤에도 금방 마음을 추스르고 다시 이어가는 모습이 보여 안심했습니다.

★★★★★학부모 후기

주말마다 공부 계획을 세울 때면 틀린 문제부터 피하려던 아이가, 대전 수업을 다녀온 뒤에는 풀이 과정을 다시 말해보며 어디서 막혔는지 살펴봅니다. 선생님은 정답을 바로 알려주기보다 스스로 이어갈 시간을 주고, 숙제 확인 때도 차분히 기다려 주셨습니다. 요즘은 할 분량을 직접 정한 뒤 먼저 책상에 앉는 모습이 보여 작은 변화가 반갑습니다.

★★★★★학부모 후기

시험 범위를 처음 확인한 날부터 아이가 수업 일정에 잘 적응할지 걱정했는데, 대전 수학과외 선생님은 진도를 서두르지 않고 생각할 시간을 충분히 주셨습니다. 숙제를 펼치면 시험 부담에 말수가 줄던 아이도 해야 할 일과 다음에 볼 내용을 나눠 안내받으며 차분해졌고, 수업 있는 날을 예전처럼 힘들어하지 않게 됐습니다.

★★★★★학부모 후기