인천동구 고1수학과외







원순열의 기초: 조건을 처음 읽는 순서
송현지구에서 고1 수학 과외를 받던 학생은 원탁에 5명이 앉는 경우를 구하면서 \(5!\)을 그대로 계산했다. 회전해서 같은 배치도 서로 다른 경우로 세고 있다는 점을 놓친 것이다.
회전된 배치를 하나로 보는 순간
원순열에서는 한 사람의 자리를 기준으로 고정하면 회전에 따른 중복이 사라진다. 따라서 한 사람을 먼저 정한 뒤 나머지 4명을 배열하여
\[ (5-1)! = 4! = 24 \]
로 계산한다. 학생은 계산을 다시 반복하기보다, 마지막에 기준으로 고정한 사람의 위치를 옮겨도 같은 배치가 되는지 직접 확인하며 \(5!\)에서 생긴 중복이 5배라는 사실을 확인했다.
원탁에서는 회전한 배치를 새 경우로 세지 않으므로 한 사람을 기준 자리에 고정한다.
조건의 표현을 바꾸어 다시 세기
이번에는 “민수가 원탁에 앉고, 지수와 현우가 서로 이웃하지 않는다”는 조건으로 바꾸었다. 민수를 고정한 뒤 나머지 네 자리에 지수와 현우를 배치하는 전체 경우는 \(4!\)이다. 두 사람이 이웃하는 경우는 두 사람을 하나의 묶음으로 보아 \(2\cdot3!\)이므로, 이웃하지 않는 경우는
\[ 4!-2\cdot3!=24-12=12 \]
가 된다. 단순히 숫자만 바꾼 것이 아니라, 원순열의 회전 처리와 이웃 조건을 함께 적용하는 문제로 확장했다.
처음 보는 조건에서의 확인
마지막에는 6명이 원탁에 앉되 특정 두 사람이 반드시 이웃해야 하는 문제를 제시했다. 두 사람을 한 묶음으로 세면 묶음 1개와 나머지 4명을 원순열로 배열하므로
\[ (5-1)!\times2=4!\times2=48 \]
이다. 학생은 묶음 내부의 순서를 바꾸는 \(2\)를 빠뜨리지 않았고, 회전 중복을 제거하기 위해 전체 대상 수가 5개라는 점까지 확인하며 풀이를 완성했다.