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우두지구 고3수학과외

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끝점에서 달라지는 기댓값을 따로 확인한 풀이

우두지구 생활권의 학습 상담에서 학생이 가져온 문제는 다음과 같았다. 주사위를 한 번 던져 나온 값을 X라 하고, X≥a일 때만 순이익 2X-3을 얻으며 그 밖의 경우 이익을 0으로 두었다. X는 1, 2, 3, 4 중 하나이고 모두 같은 확률을 가진다. 정수 a에 따른 순이익의 기댓값을 구하는 문제였다.

학생은 먼저 E(Y)=Σ(순이익×확률)이라는 식을 세웠다. 이어 a가 바뀌어도 같은 일반식을 적용하려고 했지만, 바로 그 지점에서 경계 검증이 필요했다. 사건은 단순히 “Xa보다 크다”가 아니라 “X≥a”이므로, 끝점인 X=a가 사건에 포함된다.

경계에서 끊긴 사건을 다시 펼치다

최초 풀이에서 학생은 a=3일 때 사건을 X>3처럼 처리해 X=3을 빠뜨렸다. 일반적인 구간에서 사용하던 규칙을 경계값에도 그대로 옮긴 것이다. 이때 계산한 값은 0이었지만, 실제 사건은 X=3,4이므로 순이익은 각각 3, 5이다. 따라서

E(Y)=(3×1/4)+(5×1/4)=2

가 된다. 오류가 계산 중간이 아니라 사건을 복원한 첫 줄에서 시작되었음을 확인했다. 확률을 곱하는 뒤의 줄만 고쳐서는 해결되지 않는 이유도 여기에 있었다.

학생은 풀이 첫 줄 옆에 ‘사건: X≥a, 확률조건: X는 1~4에서 균등’이라고 나누어 적었다. 그리고 일반 구간과 예외 구간을 분리했다.

  • a≤1이면 네 결과가 모두 사건에 포함되어 E(Y)=((−1)+1+3+5)/4=2
  • a=2이면 X=2,3,4만 포함되어 E(Y)=(1+3+5)/4=9/4
  • a=3이면 X=3,4만 포함되어 E(Y)=2
  • a=4이면 X=4만 포함되어 E(Y)=5/4
  • a≥5이면 사건이 없어 E(Y)=0

이렇게 경계 전후를 따로 계산하자, 사건의 변화와 기댓값의 변화가 한 표 안에서 보였다. 춘천고등학교와 강원대학교사범대학부설고등학교가 있는 생활권에서 진행한 춘천고3수학과외 상담에서도 이런 식으로 조건과 확률을 분리해 기록하면 풀이의 출발점을 점검하기 쉽다.

숫자가 아닌 조건으로 바꾸어 확인하기

같은 숫자만 바꾸는 대신 조건을 바꾼 문제를 제시했다. 이번에는 X가 0, 1, 2, 3 중 하나이고, X>b일 때 순이익을 3X-2, 나머지는 0으로 두었다. b=1이면 사건은 X=2,3이고, 이때 순이익은 4와 7이다.

학생은 예전처럼 경계값을 자동으로 포함하지 않고, 부등호를 먼저 읽었다. 따라서

E(Y)=(4×1/4)+(7×1/4)=11/4

라고 계산했다. 이어 b=1의 바로 왼쪽인 0.9와 오른쪽인 1.1을 대입해 사건에 들어오는 정수값이 달라지는지 확인했다. b=0.9에서는 1, 2, 3이 포함되고, b=1.1에서는 2, 3만 포함된다. 숫자를 외워 푼 것이 아니라 부등호와 표본값의 관계를 다시 판단한 것이다.

무힌트 재풀이에서 남은 판단

다음 날에는 표시해 둔 풀이를 가리고, “성공 사건의 확률이 p이고 성공 시 순이익이 r, 실패 시 순손실이 s일 때 순이익의 기댓값을 나타내라”는 문제를 풀게 했다. 학생은 먼저

E(Y)=r·p−s·(1−p)

를 세운 뒤, 성공 사건과 확률조건을 분리해 적었다. 이어 성공 확률이 0 또는 1인 경계에서도 식이 맞는지 대입했다. p=0이면 손실만 남고, p=1이면 성공 이익만 남으므로 식의 부호와 해석이 일치했다.

마지막으로 다른 풀이인 “기대수익−기대비용” 방식과 결과를 대조했다. 두 계산이 같아지는 것은 기댓값의 선형성이 원래 조건과 맞기 때문이라고 설명했다. 새 문제에서도 학생은 전체 식을 다시 계산하기보다 사건의 포함 여부가 바뀌는 경계 줄을 먼저 찾아냈다. 우두지구과외에서 확인한 이번 변화는 정답 자체보다, 끝점에서 일반 규칙을 멈추고 사건을 다시 펼치는 판단이 유지되었다는 데 있었다.

우두지구 고3수학과외 학부모 후기

금요일 밤에 공부를 마친 아이가 시험지를 챙기는 모습을 잠깐 보게 됐어요. 틀린 문제를 유형별로 따로 옮겨 적는 줄 알았는데, 시험지 원본 옆에 틀린 이유만 짧게 적어두고 있더라고요. 다시 볼 자료를 고르는 것보다 어디를 확인해야 하는지 바로 좁혀 놓은 모습이 눈에 띄었습니다. 예전에는 다시 살펴볼 자료를 정해도 막연하게 범위만 잡아두는 편이었거든요. 이번에는 틀린 문제를 따로 분류하지 않고, 원래 시험지에서 이유가 적힌 부분을 찾아보면 되게 해두었어요. 우두지구 수학과외 후기를 찾아보던 중에도 이런 실제 장면이 궁금했는데, 집에서 보니 변화가 더 분명했습니다. 새 계산 파일을 재생해 보던 때에도 같은 식으로 처리했어요. 틀린 이유를 짧게 남긴 뒤 다른 자료로 옮기지 않고, 처음 틀린 문제가 있던 자리에 그대로 표시해 두었습니다.

★★★★★학부모 후기

수학 수업이 없는 평일 저녁, 아이가 문제집을 다 푼 뒤 바로 답지를 찾지 않고 계산 과정이 남은 쪽을 잠시 들여다보더라고요. 확인한 흔적을 지우지 않은 채 책을 덮어 두는 모습이 눈에 띄었어요. 예예전에는 공부를 마치면 헷갈렸던 문제도 따로 표시하지 않고 지나가는 일이 많았거든요. 새 학기 첫 수학시험을 앞두고 있던 주라 우두지구 수학과외 관련 이야기를 나누던 중에도 책을 살펴봤는데, 어려운 문제 옆에 별표가 찍혀 있지 않았어요. 대신 다시 볼 계산 줄 번호가 작게 적혀 있었습니다. 어디가 막혔는지 표시할 때도 막연하게 문제 전체를 남기는 게 아니라 계산한 부분을 짚어 둔 점이 전과 달랐어요. 그 숫자를 따라가 보니 풀이를 지우거나 새로 쓰기보다, 본인이 확인한 과정 그대로 남겨 둔 상태였어요. 문제를 넘기기 전에 어느 계산을 다시 봐야 하는지 정해 둔 모습이 그대로 보였습니다.

★★★★☆학부모 후기

기말고사가 끝난 다음 주말, 아이가 문제집을 펴 놓고 잠시 조용히 있더라고요. 무슨 문제인가 봤더니 전에 풀었던 문제의 숫자 몇 군데를 손으로 가린 뒤, 처음 보는 것처럼 다시 계산하고 있었습니다. 답을 외워서 맞히는 건지 같은 판단으로 풀 수 있는지 확인하려는 모습처럼 보이더라고요. 우두지구 수학과외 이야기를 나누던 중에도 이런 장면이 있었다고 말할 만큼 저도 꽤 인상 깊었습니다. 원래는 한 번 푼 문제에서 더 확인할 부분을 따로 남기지 않고 바로 넘어가던 아이였거든요. 그런데 이번에는 숫자를 가린 상태에서도 조건을 보고 풀이를 이어 가더라고요. 모의고사 오답을 다시 펼쳤을 때도 똑같이 숫자 일부를 가리고 판단 과정을 다시 따라갔습니다. 필요한 부분만 접어 둔 뒤 자리에서 일어나는 모습까지 보니, 같은 문제를 답만 맞히는 방식으로 넘기지는 않았다는 게 눈에 띄었어요.

★★★★★학부모 후기

우두지구에서 수학 과외를 다시 시작한 날, 아이가 정해진 시간 동안 문제를 풀면서도 풀이를 끝까지 돌아보는 모습이 기억에 남았습니다. 선생님은 수업 전 지난 내용을 짧게 확인하고 기억나는 부분부터 자연스럽게 이어가며 서두르지 않으셨고, 이제는 시험 결과뿐 아니라 평소 공부 과정도 스스로 살피려 합니다.

★★★★★학부모 후기

우두지구에서 과외를 시작한 뒤 아이가 먼저 수업 이야기를 꺼내는 날이 생겼습니다. 예전에는 풀이가 길어지면 조용히 포기하곤 했지만, 선생님이 혼자 풀 부분과 필요한 힌트를 잘 나눠 주시고 그날 할 일도 분명히 정해 주셨다고 합니다. 요즘은 숙제와 복습을 챙기면서 수업 중 대답도 한결 편안해졌습니다.

★★★★☆학부모 후기

시험 범위를 처음 확인한 날에도 선생님과 편하게 이야기할 수 있어 긴장이 덜했습니다. 우두지구에서 과외를 시작할 때만 해도 틀린 문제를 들키기 싫어 표시만 해 두었는데, 선생님은 평일 저녁 숙제를 함께 보며 생각할 시간을 충분히 주고 이해했는지 차분히 확인해 주셨습니다. 요즘은 수업 날을 예전처럼 부담스러워하지 않고, 틀린 문제도 다시 살펴보려는 모습이 눈에 띕니다.

★★★★★학부모 후기