천안문학동 고2수학과외







답은 맞아 보였지만, 대상의 순서를 지워 버렸다
학생은 세 명의 학생에게 두 종류의 과제를 배정하는 문제를 풀며 답을 4라고 적었다. 과제 종류만 고르면 되므로 조합처럼 생각한 것이다. 그러나 학생 A와 학생 B의 배정이 서로 다르면 결과도 달라진다.
학생 풀이 기록에서 드러난 오류
문제: 서로 구별되는 학생 3명에게 수학 문제지와 과학 문제지 중 하나를 반복해서 배정할 때, 배정 방법은 몇 가지인가?
학생의 기록은 다음과 같았다.
“수학 3장, 과학 0장 / 수학 2장, 과학 1장 / 수학 1장, 과학 2장 / 수학 0장, 과학 3장 → 4가지”
이 계산은 과제 종류별 개수만 센 것이다. 하지만 학생들이 구별되므로 수학 1장과 과학 2장의 배정도 여러 방식으로 나뉜다.
함수 대응으로 다시 세기
학생 집합을 {A, B, C}, 과제 종류 집합을 {수학, 과학}이라고 하자. 각 학생에게 과제 종류 하나를 대응시키는 함수로 해석하면, 학생 A의 선택 2가지, 학생 B의 선택 2가지, 학생 C의 선택 2가지가 있다.
따라서 전체 배정 방법은
2 × 2 × 2 = 23 = 8
가지이다. 이는 서로 구별되는 3개의 대상에 2개의 값을 중복 허용하여 대응시키는 중복순열과 같다.
같은 원리가 적용되는 새 문제
북일고등학교의 동아리 행사에서 서로 다른 4명의 학생에게 빨강, 파랑, 초록 중 하나의 조를 배정한다. 한 조에 여러 명이 들어갈 수 있을 때 배정 방법은 몇 가지인가?
자리별 선택 수의 곱
첫 번째 학생부터 네 번째 학생까지 각각 3가지 선택이 가능하다.
3 × 3 × 3 × 3 = 34 = 81
따라서 배정 방법은 81가지이다. 조별 인원 구성만 세면 대상의 구별을 놓치지만, 학생별 선택을 곱하면 순서를 무시하는 오류를 피할 수 있다.
다음 날의 검증
학생은 해설을 보지 않고 각 학생의 배정을 네 자리 문자열로 나타냈다. 예를 들어 빨강-파랑-빨강-초록은 한 가지 배정이다. 각 자리마다 3개의 값이 가능하므로 네 자리 문자열은 34개이고, 앞의 계산과 일치한다.
천안문학동과외에서는 이런 문제를 풀 때 “무엇이 서로 구별되는가”, “각 대상이 몇 가지 중 하나를 고르는가”를 먼저 확인하도록 지도한다.