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거두지구 고2수학과외

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최종 답이 맞아도, 첫 판단이 틀리면 흔들린다

시간 제한이 있는 첫 시도에서 학생은 “특정 두 사람이 이웃하지 않는 원순열”을 보고 곧바로 여사건을 떠올렸다. 이 선택은 문제 조건과 잘 맞았지만, 원순열의 전체 경우의 수를 n!으로 두면 계산이 어긋난다.

하나의 식에서 출발하기

서로 다른 n명을 원형으로 배열하는 전체 경우의 수는 회전한 배열을 같은 것으로 보므로

\[ (n-1)! \]

이다. 특정 두 사람 A, B가 이웃하는 경우에는 A와 B를 하나의 묶음으로 생각한다. 묶음과 나머지 n-2명을 원형으로 배열하는 방법은 \((n-2)!\)이고, 묶음 안에서 AB와 BA의 두 순서가 가능하므로

\[ 2(n-2)! \]

이다.

금지 조건을 여사건으로 바꾸는 과정

“이웃하지 않는다”의 정확한 계산

따라서 A와 B가 이웃하지 않는 원순열은 전체에서 이웃하는 경우를 빼면 된다.

\[ (n-1)!-2(n-2)! =(n-2)!(n-3) \]

예를 들어 6명을 배열하면

\[ 5!-2\cdot4!=120-48=72 \]

이다. 여기서 “이웃하는 경우”를 한 번만 빼는 이유는 금지된 이웃쌍이 하나뿐이기 때문이다.

학생 풀이 기록에서 찾은 오류

처음 풀이에서는 빈자리를 직접 만들고 A와 B의 위치를 여러 방식으로 세었다. 이 방법은 원형 배열에서 시작점을 고정했는지, 회전한 배열을 중복해서 세었는지 확인하기 어렵다. 특히 A를 기준으로 배열한 뒤 다시 다른 사람을 기준으로 세면 같은 배치가 반복된다.

따라서 이 유형에서는 먼저 전체 원순열을 \((n-1)!\)로 정한 뒤, 이웃 사건을 묶음으로 처리하는 편이 안전하다. 거두지구과외에서 원순열을 다룰 때도 계산보다 먼저 “회전한 배열을 같은 것으로 보는가”를 확인하는 습관을 강조할 수 있다.

여러 이웃쌍이면 단순히 한 번만 뺄 수 없다

A와 B, C와 D가 각각 이웃하지 않는 경우처럼 금지된 이웃쌍이 두 개라면 포함배제가 필요하다. 전체를 \(T\), AB가 이웃하는 사건을 \(E_1\), CD가 이웃하는 사건을 \(E_2\)라 하면

\[ T-|E_1|-|E_2|+|E_1\cap E_2| \]

로 계산한다. 두 쌍이 서로 겹치지 않을 때

\[ |E_1|=|E_2|=2(n-2)!, \qquad |E_1\cap E_2|=4(n-3)! \]

이다. 마지막 교집합을 다시 더하는 이유는 두 사건에서 동시에 제외되어 두 번 빠졌기 때문이다.

최종 검증

n=3을 대입하면

\[ (3-1)!-2(3-2)!=2-2=0 \]

이 된다. 실제로 세 명이 원형으로 앉으면 어떤 두 사람도 항상 이웃하므로 결과가 0인 것이 맞다. 따라서 공식은 n≥3에서 문제 조건과 일치한다.

거두지구 고2수학과외 학부모 후기

비가 세차게 오던 주말 오후, 방에 잠깐 들렀다가 아이가 방정식 풀이를 멈추고 후보 해를 원래 식에 넣어 보는 모습을 보게 됐어요. 답만 맞는지 훑는 게 아니라 구한 값을 하나씩 대입하면서 실제로 남는 값이 무엇인지 확인하고 있더라고요. 예전에는 확인할 게 여러 개면 중요한 부분과 덜 중요한 부분을 따로 가르지 못하고 한꺼번에 넘기는 일이 있었거든요. 거두지구 수학과외 이야기를 나누며 문제집을 보던 중이라 더 눈에 띄었습니다. 다른 선택지 문제를 풀 때도 후보 해를 식에 다시 넣어 남는 값을 살폈고, 한 번 더 확인한 부분은 접어 두었어요. 방정식 풀이에서 계산한 결과를 그대로 두지 않고 원래 식으로 되돌려 본 흔적이 남아 있었습니다.

★★★★★학부모 후기

주말 복습을 펼쳐 보니 어려운 문제 옆에 별표가 아니라 계산 과정의 특정 줄 번호가 적혀 있더라고요. 어디를 다시 봐야 할지 범위를 좁혀 둔 채 문제를 이어간 흔적이 보이더라고요. 예예전에는 어려운 문제를 만나도 따로 다시 볼 부분까지 남겨 두지는 않았거든요. 학교 자습을 마치고 온 날에도 비슷한 표시가 눈에 띄었습니다. 거두지구 수학과외를 알아보던 중이라 문제집을 정리하다 우연히 본 건데, 이번에는 막연히 별표만 해둔 게 아니라 다시 확인할 계산 줄을 직접 골라 적어 두었어요. 복습할 때도 같은 방식으로 계산 줄 번호를 남긴 뒤, 확인할 곳을 정해 둔 채 공부를 마치고 있었습니다.

★★★★★학부모 후기

경시형 문제를 풀고 난 뒤 아이가 한동안 시험지를 들여다보길래 무슨 일인가 했어요. 틀린 문제를 따로 유형별로 옮겨 적을 줄 알았는데, 그러지 않고 원본 여백에 왜 틀렸는지만 짧게 적어 두더라고요. 거두지구 수학과외 이야기를 나누던 중에도 이런 장면이 있었다고 들었지만, 그날에는 제가 바로 옆에서 보니 더 눈에 띄었어요. 예전에는 답을 맞춰 본 뒤에도 다른 풀이가 가능한지 다시 살피는 모습이 거의 없었거든요. 이번에는 정답 확인에서 멈추지 않고, 자기 풀이에서 막힌 이유를 적어 둔 뒤 다시 볼 곳을 찾아가고 있었습니다. 학교 단원평가를 앞둔 날에도 원래 시험지부터 꺼내더라고요. 틀린 이유를 몇 글자로 남겨 놓고, 어떤 문제를 먼저 확인할지 표시해 둔 상태라 책장을 넘기기 전 순서가 이미 보이더라고요.

★★★★★학부모 후기

거두지구에서 수학 과외를 시작한 날, 옆에서 지켜보니 아이가 선생님께 답을 몇 번이나 확인하면서도 수업에는 끝까지 집중했습니다. 선생님은 틀린 문제를 바로 고쳐 주기보다 어디까지 이해했는지 차분히 물어보고 스스로 다시 생각할 시간을 주셨습니다. 수업을 마친 뒤 아이가 틀린 문제도 이제는 피하지 않겠다고 말해 작은 변화를 느꼈습니다.

★★★★☆학부모 후기

거두지구에서 과외를 시작할 때만 해도 아이는 수학 공부를 미루려는 날이 많았고, 풀이가 길어지면 쉽게 포기하곤 했습니다. 선생님은 수업 중간에 먼저 질문을 끌어내고, 그날 할 일과 다음 복습을 나눠 안내해 주셨습니다. 시험 일주일 전에도 계획을 크게 흐트러뜨리지 않고 공부한 뒤 수업 내용을 제게 설명하는 모습이 조금씩 늘었습니다.

★★★★★학부모 후기

방학 계획을 세우며 거두지구 수학 과외를 시작했는데, 아이는 기분에 따라 공부하다가 풀이가 길어지면 금세 포기하곤 했습니다. 선생님은 시간에 쫓지 않고 천천히 풀어보게 한 뒤 잘한 점을 구체적으로 짚고, 그날 할 일과 다음 복습 내용을 나눠 주셨습니다. 요즘은 수업에서 이해하지 못한 부분을 숨기지 않고 집에서도 배운 내용을 먼저 이야기해 변화가 느껴집니다.

★★★★★학부모 후기