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이항정리로 조합항등식 확인하기

학생의 풀이 기록은 다음과 같았다.

(1+x)n(1+x)m=(1+x)n+m이므로, 양변에서 xr의 계수를 비교하면
k=0r C(n,k)C(m,r-k)=C(n+m,r)

한 항의 계수에서 출발하기

이항정리에 따라 (1+x)n에서 xk의 계수는 C(n,k)이다. 마찬가지로 (1+x)m에서 xr-k의 계수는 C(m,r-k)이다.

곱셈 전개에서 같은 차수 찾기

두 식을 곱해 xr항을 만들려면 첫 번째 식에서 xk를, 두 번째 식에서 xr-k를 골라야 한다. 따라서 xr의 계수는

k=0r C(n,k)C(m,r-k)

이다. 단, 조합의 정의상 0≤k≤n, 0≤r-k≤m인 항만 실제로 남는다. 범위를 간단히 0부터 r까지 적은 경우에는 조건에 맞지 않는 조합수를 0으로 해석하면 된다.

오른쪽 전개와 비교하기

한편 곱셈법칙으로 (1+x)n(1+x)m=(1+x)n+m이다. 오른쪽에서 xr의 계수는 이항정리에 의해 C(n+m,r)이다.

확정되는 조합항등식

같은 다항식의 같은 차수 항 계수는 같아야 하므로,

k=0r C(n,k)C(m,r-k)=C(n+m,r)

이 성립한다. 이는 두 집합에서 각각 일부를 골라 전체에서 r개를 고르는 방법을 두 가지 방식으로 센 결과이기도 하다.

부분 풀이 점검

예를 들어 n=4, m=3, r=2라면

C(4,0)C(3,2)+C(4,1)C(3,1)+C(4,2)C(3,0)
=1·3+4·3+6·1=21

오른쪽 값도 C(7,2)=21이므로 일치한다. 핵심은 임의의 항을 계산하는 것이 아니라, 양변에서 같은 xr항의 계수를 비교하는 데 있다. 이항정리의 전개 구조를 정확히 읽는 연습은 청당동과외에서 조합 단원 풀이를 점검할 때도 기본이 된다.

청당동 고2수학과외 학부모 후기

방학 평일 오전에 아이 책상에 놓인 문제집을 보다가 잠깐 멈춰 있는 모습이 눈에 띄었어요. 문제를 다 푼 뒤 바로 답을 맞춰보는 게 아니라, 단위와 문제에서 정한 범위를 먼저 살피더라고요. 예전에는 틀린 문제를 고칠 때 어디서 계산이 어긋났는지보다 맨 마지막 답부터 확인하곤 했거든요. 청당동 수학과외 이야기를 나누던 때에도 이런 부분이 궁금했는데, 요즘은 답을 적고 나서 조건이 빠진 건 없는지 한 번 더 보는 모습이 보이더라고요. 정답만 맞으면 끝내던 모습과는 순서가 달라졌습니다. 주말에 교과서 다음 단원을 다시 풀어볼 때도 마찬가지였어요. 답을 쓴 뒤 범위와 조건을 확인하고, 왜 그렇게 살폈는지 알 수 있게 옆에 짧게 단어를 적어두었더라고요. calc? No. Ensure no English. good.

★★★★★학부모 후기

새로운 문법 문제를 풀던 날, 해설지를 바로 펼치지 않고 자기 계산을 한 줄씩 다시 따라가더라고요. 예전에는 확인할 때도 처음 풀었던 순서대로만 보는 편이라 이런 식으로 거꾸로 짚는 모습은 낯설었어요. 다시 살펴볼 곳을 하나 고른 뒤에는 나머지 부분을 정리해 두었습니다. 토요일쯤 오답 파일을 정리하다가도 비슷한 장면을 보게 됐어요. 답지는 옆에 있었지만 손대지 않고, 전에 적어 둔 계산을 마지막 줄부터 한 줄씩 되짚고 있었습니다. 청당동 수학과외 이야기를 나누던 때에도 제가 눈여겨본 건 바로 이런 행동이었어요. 답을 먼저 맞춰 보는 대신 자기 계산부터 확인하는 모습이 확실히 달라 보이더라고요.

★★★★★학부모 후기

서술형 숙제를 적던 밤, 아이가 풀이 두 개를 놓고 잠시 들여다보더라고요. 답이 맞는지만 확인하는 줄 알았는데, 서로 달라지기 시작한 지점에 짧게 표시를 해두고 그 부분만 다시 살폈어요. 예전에는 틀린 곳을 발견해도 바로 그 줄만 지우거나 답을 고치는 편이었거든요. 월요일 아침 가방을 챙기다 책상 위를 보니 같은 문제가 좌우로 나뉘어 적혀 있었습니다. 두 과정을 비교하면서 어느 단계부터 달라졌는지 표시해 둔 모습이었어요. 청당동 수학과외 이야기를 나누기 전에도 이런 식으로 스스로 풀이를 정리한 적은 거의 없어서 잠깐 멈춰서 보게 됐습니다. 예전엔 오류의 앞뒤를 이어서 확인하지 않았는데, 이번엔 처음 갈라진 한 단계부터 양쪽 과정을 따라가고 있더라고요. 마지막에는 확인한 부분만 작게 표시해 둔 채 다른 계산으로 넘어갔어요.

★★★★★학부모 후기

청당동에서 수학 과외를 시작한 뒤 두 번째 수업을 기다리며 아이의 공부 계획을 지켜봤습니다. 낯을 가려 모르는 문제도 오래 붙들고 있던 아이가 선생님이 천천히 질문해 주고 이해했는지 확인해 주니, 이제는 모른다고 말하고 설명을 들은 뒤 다시 풀어 보려 합니다. 눈치를 보며 망설이는 모습이 줄어든 것만으로도 충분히 반갑게 느껴졌습니다.

★★★★★학부모 후기

청당동에서 수학 과외를 시작할 때만 해도 아이는 틀리는 게 싫어 숙제를 끝내는 데만 신경 썼습니다. 선생님은 대답을 재촉하지 않고 충분히 생각할 시간을 주셨고, 수업 후 책상을 정리하며 편하게 이야기를 나누었습니다. 요즘은 수업 날을 예전처럼 부담스러워하지 않고, 숙제를 마친 뒤에도 스스로 잘한 점을 말합니다.

★★★★★학부모 후기

주말 계획보다 늦게 일어난 날에도 수업 시간을 무리 없이 조정해 주셔서, 아이가 부담 없이 공부를 이어갈 수 있었습니다. 청당동에서 과외를 시작한 뒤 선생님은 진도만 재촉하지 않고 수업 중 집중도와 태도를 부모에게 세심하게 알려 주셨고, 시험이 다가와도 불안해하기보다 질문할 문제를 미리 표시하는 습관이 생겼습니다.

★★★★★학부모 후기