용현동 고1수학과외







용현동고1수학과외: 행렬 곱에서 행과 열을 잘못 대응한 사례
용현동에서 고1 수학을 공부하던 학생은 행렬 곱 문제의 답을 빠르게 골랐지만, 각 성분이 어떤 항들의 곱으로 만들어지는지는 설명하지 못했다. 특히 같은 위치의 성분끼리 곱해 더하는 방식으로 계산하면서 행렬 곱의 순서를 놓쳤다.
계산 결과보다 먼저 무너진 대응
다음 두 행렬의 곱을 구하는 과정에서 오류가 나타났다.
A = [[1, 2, 0], [-1, 3, 1]],
B = [[2, -1], [0, 4], [3, 1]]
학생은 A의 첫째 행과 B의 첫째 행을 나란히 놓고 계산하려 했다. 그러나 AB의 성분은 A의 행과 B의 열을 대응시켜 구해야 한다. 따라서 AB의 첫째 행 둘째 성분은 B의 둘째 열을 사용한다.
화살표로 행과 열의 방향을 고정하다
교사는 계산식을 바로 알려 주지 않고, A의 한 행에서 B의 각 열로 향하는 화살표를 그리게 했다. 학생은 첫째 행 [1, 2, 0]과 B의 첫째 열 [2, 0, 3]을 연결해 다음과 같이 정리했다.
1×2 + 2×0 + 0×3 = 2
같은 행과 B의 둘째 열 [-1, 4, 1]을 연결하면 다음 성분이 된다.
1×(-1) + 2×4 + 0×1 = 7
이 대응을 유지하면 둘째 행에서도
(-1)×2 + 3×0 + 1×3 = 1,
(-1)×(-1) + 3×4 + 1×1 = 14
이므로
AB = [[2, 7], [1, 14]]
가 된다. 학생은 잘못된 답을 고친 핵심이 계산 속도가 아니라 행과 열의 연결 방향을 고정하는 데 있음을 확인했다.
곱의 순서를 바꾸면 결과의 모양도 달라진다
다음에는 같은 두 행렬을 보고 BA를 구할 수 있는지 판단하게 했다. B는 3×2 행렬이고 A는 2×3 행렬이므로 BA는 가능하며 결과는 3×3 행렬이 된다. 실제로
BA = [[3, 1, -1], [-4, 12, 4], [2, 9, 1]]
이다. AB와 BA는 모두 계산할 수 있더라도 결과의 크기와 성분이 같다고 볼 수 없다. 학생은 행렬에서는 곱셈 순서를 바꾸는 일이 단순한 자리 교환이 아니라 대응되는 행과 열 자체를 바꾸는 일임을 적용 문제에서 확인했다.
마지막에는 열별로 결과를 다시 구성했다
처음 계산과 다른 방식으로, B를 열벡터 두 개로 나누어 AB를 다시 구했다.
첫째 열 [2, 0, 3]에 A를 적용하면 [2, 1]이 되고, 둘째 열 [-1, 4, 1]에 A를 적용하면 [7, 14]가 된다. 두 결과를 열로 세우면 [[2, 7], [1, 14]]가 되어 앞서 얻은 결과와 일치한다.
또한 2×3과 3×2의 곱이므로 결과가 2×2여야 한다는 점도 함께 확인하면서, 성분 계산과 행렬의 크기가 모두 맞는지 검증했다.