






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.