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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.

상동 고2수학과외 학부모 후기

주말 아침에 간식을 가져다주려고 방에 들어갔다가 시험지와 수업 준비물을 펼쳐 놓은 걸 보게 됐어요. 틀린 문제를 유형별로 다시 옮겨 적는 대신, 시험지 옆에 왜 틀렸는지만 짧게 적고 있더라고요. 예전에는 처음 고른 이유나 계산한 과정을 따로 남겨두지 않아서, 나중에 봐도 어디서 잘못됐는지 찾기 어려웠거든요. 이번에는 원본에 바로 적어 두니 다시 확인할 부분이 눈에 띄었습니다. 상동 수학과외 이야기를 나누던 중에도 저는 그 장면이 꽤 기억에 남았어요. 새 단어 목록을 받았을 때도 별도 종이에 옮겨 쓰지 않고, 원래 시험지에 틀린 까닭을 간단히 남겼습니다. 그리고 다음에 볼 곳을 한 군데 정해 두었어요. 문제를 많이 적어두기보다 틀린 이유와 다시 볼 지점을 시험지 안에서 바로 찾게 해둔 모습이 전과 달랐습니다.

★★★★★학부모 후기

학교 수학 숙제를 하다가 아이가 함수 식이 적힌 부분과 그래프를 책상 양쪽에 펼쳐 놓은 걸 보게 됐어요. 그냥 답만 옮기는 줄 알았는데, 다시 살펴볼 곳이 한눈에 보이도록 자료를 나눠 정리해 두었더라고요. 어디를 봐야 하는지 표시도 되어 있어서 전보다 문제를 대하는 방식이 조금 달라 보이더라고요. 모의고사를 본 날 밤에도 비슷한 장면이 있었습니다. 방에 잠깐 들어갔더니 함수 문제의 그래프를 지우고 다시 그리면서 식과 맞춰 보고 있더라고요. 같은 조건이 그래프에 제대로 나타났는지 나란히 놓고 확인하는 모습이었거든요. 예전에는 다시 볼 문제가 있어도 위치를 따로 남겨두지 않아 한참 찾곤 했는데, 이번에는 표시해 둔 부분부터 찾아 식과 그래프를 번갈아 살피고 있었습니다. 상동 수학과외 이야기를 나누며 집에서 보게 된 여러 장면 중에서도 그 비교 과정이 특히 또렷했어요.

★★★★★학부모 후기

계산 숙제를 마쳤다며 문제집을 정리하던 아이가 바로 덮지는 않더라고요. 마지막에 나온 결과를 처음 했던 방식과는 다른 방법으로 다시 확인하고 나서야 손을 뗐어요. 방학 숙제를 하던 오전이라 저도 옆에서 잠깐 지켜봤는데, 끝났다고 생각한 순간에도 한 번 더 살펴보는 모습이 눈에 띄었습니다. 예전에는 틀린 문제를 다시 펼쳐도 한 부분만 대충 확인하고 지나가는 일이 많았거든요. 그런데 이번에는 처음 계산한 과정과 다른 방식으로 결과를 비교해 보고 있더라고요. 상동 수학과외 관련해 알아보던 중에도 제가 궁금했던 부분이 바로 이런 실제 공부 모습이었는데, 거창한 말보다 행동으로 보이니 더 잘 느껴졌습니다. 그 뒤 계산 숙제를 새로 시작했을 때도 비슷한 장면이 나왔어요. 마지막 결과를 확인한 자리 옆에 작은 표시를 해두고 다음 문제로 넘어가더라고요. 이전처럼 답만 보고 끝내는 모습과는 달리, 자신이 한 계산을 한 번 더 짚어본 흔적이 남아 있었습니다.

★★★★★학부모 후기

상동에서 수학 과외를 시작할 때만 해도 어려운 문제는 틀린 채로 표시만 해두고 다시 보기를 미루곤 했습니다. 시험 일주일 전에도 선생님은 재촉하기보다 중간중간 자연스럽게 질문을 건네며 이해한 부분을 확인해 주셨고, 수업 후에는 아이가 혼자 숙제를 이어갔습니다. 공부를 대하는 부담이 조금 줄어든 모습이 보기 좋았습니다.

★★★★★학부모 후기

새 교재를 시작한 첫 주, 상동 집에서 숙제를 펼치는 제 모습이 예전과 달라졌습니다. 전에는 풀이를 설명하기 어려워 수학을 미뤘지만, 선생님은 제가 겪었던 기초 문제로 다시 생각하게 하고 답 대신 정리할 기준을 알려주셨습니다. 해야 할 양을 나누어 받아들이고 질문도 미리 준비하게 된 점이 가장 뿌듯합니다.

★★★★★학부모 후기

시험 범위를 처음 확인한 날에도 예전처럼 막막하거나 부담스럽지는 않았습니다. 상동에서 수업을 시작할 때만 해도 실수하기 싫어 답지를 먼저 보곤 했는데, 선생님이 재촉하지 않고 생각할 시간을 주셔서 평일 저녁 숙제도 스스로 먼저 풀어보려 합니다.:VEVENT

★★★★★학부모 후기