StudyWay

등촌동고3수학과외

과외 학습 안내 이미지 1과외 학습 안내 이미지 2과외 학습 안내 이미지 3과외 학습 안내 이미지 4과외 학습 안내 이미지 5과외 학습 안내 이미지 6과외 학습 안내 이미지 7

등촌동 고3 수학과외: 급수의 합보다 먼저 확인할 조건

등촌고등학교, 대일고등학교, 마포고등학교, 영일고등학교, 경복여자고등학교, 경복비즈니스고등학교가 있는 등촌동 생활권에서 학생은 학교별 시험 범위와 수행평가 일정을 함께 관리하고 있었다. 등촌5단지와 등촌6단지 등에서 귀가한 뒤 제한된 시간에 급수 문제를 풀다 보니, 정답을 확인하고도 틀린 계산을 그대로 반복하는 습관이 나타났다.

부분합을 구하기 전에 수렴 여부를 확인한 풀이

학생이 다음 두 급수를 보고 항별 차의 합을 계산했다.

\[ \sum_{n=1}^{\infty}a_n=\sum_{n=1}^{\infty}\left(\frac12\right)^n,\qquad \sum_{n=1}^{\infty}b_n=\sum_{n=1}^{\infty}\left(\frac32\right)^n \]

답안에는 다음과 같이 적혀 있었다.

\(\sum a_n=\dfrac{\frac12}{1-\frac12}=1\), \(\sum b_n=\dfrac{\frac32}{1-\frac32}=-3\)이므로

\(\sum(a_n-b_n)=1-(-3)=4\)

이 식은 오답이다. 첫 번째 급수는 공비 \(r=\frac12\)이므로 수렴하고 합은 \(1\)이다. 그러나 두 번째 급수는 공비 \(r=\frac32\)로 \(|r|>1\)이므로 발산한다. 등비급수의 합 공식 \(\frac{a}{1-r}\)는 \(|r|<1\)일 때만 사용할 수 있다. 따라서 \(\sum b_n=-3\)이라고 둔 순간 조건을 위반했다.

더 근본적으로 \(a_n-b_n=\left(\frac12\right)^n-\left(\frac32\right)^n\)의 일반항은 \(0\)으로 가지 않는다. 실제로 \(n\)이 커질수록 \(\left(\frac32\right)^n\)의 영향이 커지므로 일반항 자체가 발산한다. 따라서 \(\sum(a_n-b_n)\)도 수렴할 수 없다.

틀린 줄을 찾아 부분합으로 역검산하기

학생은 풀이 왼쪽 여백에 먼저 “수렴조건 누락”이라고 표시했다. 이후 각 급수의 공비와 부분합을 따로 적었다.

  • \(S_N^{(a)}=\displaystyle\sum_{n=1}^{N}\left(\frac12\right)^n=1-\left(\frac12\right)^N\), 따라서 \(S_N^{(a)}\to1\)
  • \(S_N^{(b)}=\displaystyle\sum_{n=1}^{N}\left(\frac32\right)^n=3\left[\left(\frac32\right)^N-1\right]\), 따라서 \(S_N^{(b)}\to\infty\)

그러므로 두 부분합의 차는

\[ S_N^{(a-b)} =1-\left(\frac12\right)^N-3\left[\left(\frac32\right)^N-1\right] =4-\left(\frac12\right)^N-3\left(\frac32\right)^N \]

이고 \(N\)이 증가하면 음의 무한대로 간다. \(N=2\)일 때는 실제 항의 합이

\[ \left(\frac12-\frac32\right)+\left(\frac14-\frac94\right)=-3 \]

이며, \(N=3\)까지 계산하면 \(-6.375\)가 되어 \(4\)라는 결과와 맞지 않는다. 이처럼 대표적인 두 부분합을 대입해 계산하면 잘못된 합 공식 적용을 즉시 확인할 수 있다.

조건을 바꾼 독립 검증

같은 문제를 반복하지 않기 위해 다음 급수로 바꾸어 확인했다.

\[ \sum_{n=0}^{\infty}c_n=\sum_{n=0}^{\infty}\left(-\frac23\right)^n,\qquad \sum_{n=0}^{\infty}d_n=\sum_{n=0}^{\infty}3\left(\frac14\right)^n \]

두 공비 모두 절댓값이 \(1\)보다 작으므로 이번에는 항별 합과 차를 사용할 수 있다.

\[ \sum c_n=\frac1{1+\frac23}=\frac35,\qquad \sum d_n=\frac3{1-\frac14}=4 \]

따라서

\[ \sum_{n=0}^{\infty}(c_n+d_n)=\frac35+4=\frac{23}{5} \]

학생은 먼저 수렴조건을 적고, 각 부분합의 극한을 확인한 뒤 더하기를 수행했다. 조건이 충족될 때만 합과 차의 법칙을 적용하는 순서가 이전 풀이와 달라졌는지까지 점검했다.

수업에서 달라진 모습

모르는 걸 말하는 힘

등촌동에서 수학 과외를 시작한 뒤, 저녁마다 책상 앞을 피하던 아이가 먼저 오늘 배운 내용을 펼쳐 보이는 날이 생겼습니다. 선생님은 사소한 질문도 넘기지 않고 이유부터 들어 주며, 그날 할 일과 다음 복습 범위를 알기 쉽게 나눠 주셨습니다. 시험 전 마지막 주말에도 준비 상태를 차분히 확인해 주셨고, 숙제량이 부담스러울 때 편하게 조율을 요청할 수 있어 부모로서 안심됐습니다.

★★★★★

질문이 편해진 수업

등촌동에서 수학 과외를 시작할 때만 해도 공부 계획을 세우고도 미루기 일쑤였고, 틀린 이유보다 답부터 맞는지 확인하기 바빴습니다. 선생님은 쉬운 문제부터 다시 풀게 하며 집중이 흐려지면 설명을 반복하기보다 다른 문제나 활동으로 바꿔 주셨고, 시험 범위를 절반쯤 공부했을 때는 제가 질문을 적어 가는 모습도 생겼습니다. 요즘은 숙제를 시작하는 부담이 전보다 줄었다는 게 가장 크게 느껴집니다.

★★★★★

먼저 묻게 된 변화

등촌동에서 수학 과외를 시작한 뒤에도 처음엔 답이 바로 안 나오면 불안해서 문제만 풀고 풀이를 다시 보지 않았습니다. 어느 날 제가 먼저 질문하자 선생님은 틀린 답을 전부 고치기보다 처음 어긋난 부분부터 차분히 찾아 주셨고, 무리하게 진도를 넘기지 않아 편했습니다. 시험을 보고 온 날에는 수업에서 배운 내용을 제가 먼저 부모님께 이야기해 뿌듯했습니다.

★★★★★

모르는 걸 말하는 힘

학원과 학교 일정이 겹쳐 바빴던 등촌동의 어느 주간에도 선생님은 수업 중 보인 태도와 어려움을 결과와 함께 세심하게 알려주셨습니다. 평소 문제 수만 많아도 부담스러워하던 아이가 어느 날 늦게 귀가해서는 틀린 문제를 다시 풀고, 모르는 부분은 숨기지 않고 표시해 두었습니다. 이제는 수업 전에 질문할 문제를 스스로 골라 두는 모습이 가장 반갑습니다.

★★★★★

숙제를 챙기는 습관

학교에서 돌아와 가방을 내려놓자마자 수학 숙제를 펼치는 모습이 예전보다 자연스러워졌습니다. 등촌동에서 수업을 받으며 시험 직전 주말에도 틀린 문제를 피하지 않고 다시 살펴봤고, 선생님은 아이 반응에 따라 같은 내용을 다른 말로 설명한 뒤 스스로 이어갈 시간을 주셨습니다. 숙제를 시작하기까지 망설이는 시간이 줄어든 점이 가장 반가웠습니다.

★★★★☆