산남동 고1수학과외







산남동 고1수학과외: 곱셈 순서를 바꾸면 식의 동치가 달라지는 순간
산남동 생활권에서 고1 수학을 공부하던 학생은 행렬식 변형 문제에서 (A+B)²=A²+2AB+B²라고 정리했다. 수의 곱셈처럼 AB와 BA를 같은 항으로 본 것이 출발점이었다.
AB와 BA를 같은 항으로 처리한 오류
행렬에서는 일반적으로 곱셈의 교환법칙이 성립하지 않는다. 따라서 전개하면
(A+B)²=A²+AB+BA+B²
가 되며, AB와 BA를 합쳐 2AB로 바꾸려면 두 행렬이 실제로 AB=BA를 만족한다는 조건이 필요하다. 학생은 이 조건을 확인하지 않은 채 중간식을 바꾸어 식의 동치 여부를 놓쳤다.
항의 순서를 그대로 보존한 교정
풀이 과정에서 행렬 곱을 문자처럼 묶지 않고, 곱셈 순서를 적은 그대로 유지하게 했다. 특히 AB와 BA를 각각 별개의 항으로 표시한 뒤에만 동류항 정리를 허용하자, 교환법칙을 사용한 지점이 바로 드러났다.
- 잘못된 변형: A²+AB+BA+B² → A²+2AB+B²
- 조건이 필요한 변형: AB+BA=2AB
곱의 순서를 바꾼 식으로 다시 판단하기
이번에는 (A-B)(A+B)를 전개하고, (A+B)(A-B)와 같은지 판단하게 했다. 각각의 결과는
(A-B)(A+B)=A²+AB-BA-B²
(A+B)(A-B)=A²-AB+BA-B²
이다. 두 식은 AB=BA일 때에만 같으므로, 학생은 숫자 계산보다 먼저 곱셈 순서가 바뀌었는지를 확인하는 기준을 세웠다.
처음 보는 행렬로 최종 확인
A와 B를 각각 다른 2×2 행렬로 정한 뒤 두 곱의 특정 성분을 비교하게 했다. AB의 첫째 행 둘째 열 성분과 BA의 같은 성분이 다르게 나오면 교환법칙을 적용할 수 없다는 결론을 내릴 수 있다. 학생은 마지막에 변형된 식의 양변을 직접 계산하지 않고도, AB와 BA의 순서가 바뀐 항을 찾아 식의 동치 여부를 검증했다.