






같은 원소를 다시 고를 수 있는지로 달라지는 배열 문제
학생의 풀이 기록에는 다음과 같은 문장이 먼저 적혀 있었다. “첫 번째 자리에 A를 썼으니 두 번째 자리에서는 A를 제외한다.” 이 판단 때문에 중복순열 문제를 일반 순열로 계산하는 오류가 생겼다. 대구과외 수업에서는 계산보다 먼저 각 자리의 선택 조건이 유지되는지 확인하도록 지도했다.
한 번 사용한 원소를 다시 선택할 수 있는가
문제: 숫자 1, 2, 3, 4 중에서 중복을 허용하여 세 자리 자연수를 만들 때, 만들 수 있는 수의 개수를 구하여라.
첫째 자리에는 4가지 숫자를 놓을 수 있다. 중복이 허용되므로 첫째 자리에 1을 놓았더라도 둘째 자리에서 다시 1을 선택할 수 있다. 셋째 자리 역시 4가지 선택이 가능하다.
따라서 전체 개수는
4 × 4 × 4 = 43 = 64
이다.
학생 풀이의 오류
학생은 4 × 3 × 2 = 24로 계산했다. 이는 한 번 사용한 숫자를 다시 사용하지 않는 일반 순열의 계산이다. 그러나 문제에서 중복을 허용했으므로 각 자리의 선택 수는 계속 4가지로 유지된다.
자리마다 선택 수가 달라지는 경우
이번에는 조건이 있는 문제를 살펴보자. 숫자 0, 1, 2, 3, 4를 사용하여 중복을 허용한 세 자리 자연수를 만들 때, 만들 수 있는 수의 개수를 구하여라.
백의 자리에는 0이 올 수 없으므로 1, 2, 3, 4 중 4가지가 가능하다. 십의 자리와 일의 자리에는 0을 포함한 다섯 숫자를 모두 사용할 수 있다.
4 × 5 × 5 = 100
중복순열이라고 해서 항상 같은 수를 단순히 거듭제곱하는 것은 아니다. 첫 자리의 조건처럼 선택 가능한 종류가 달라지면 자리별 선택 수를 따로 세어 곱해야 한다.
조건에 맞는 문제 고르기
다음 중 중복선택이 허용되는 상황은 “네 자리 비밀번호를 숫자 0부터 9까지 사용해 만든다”이다. 각 자리에서 숫자를 다시 사용할 수 있으므로 경우의 수는 104이다.
반대로 네 명의 학생 중 회장, 부회장, 총무를 한 명씩 정하는 문제는 한 사람이 여러 직책을 동시에 맡을 수 없다는 조건이 없다면 일반적으로 중복순열로 볼 수 없다. 역할을 맡은 사람을 다시 선택할 수 있는지부터 확인해야 한다.
다음 날 다시 한 최종 검증
해설 없이 처음 문제를 다시 풀 때 학생은 “각 자리의 후보가 줄어드는가?”를 먼저 확인했다. 숫자를 사용한 뒤에도 같은 숫자를 다시 선택할 수 있으므로 후보 수는 4, 4, 4로 유지된다.
따라서 처음 문제의 답은 24가 아니라 64이다. 중복순열 문제에서는 원소의 종류보다 각 자리에서 선택 가능한 수가 유지되는지를 확인하는 것이 핵심이다.
상동의 대구고3수학과외에서도 이러한 방식으로 문제의 조건을 먼저 읽고, 곱셈법칙을 적용한 뒤 결과를 다시 검산한다.