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토평동고3수학과외

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토평동 고3 수학과외에서 점검한 조건부 배열의 순서 판단

토평동에서 고3 수학을 공부하는 학생이 배열 문제를 풀 때, 처음 몇 자리의 순서는 맞게 정했지만 금지 위치 조건을 마지막에 처리하면서 중복을 허용하는 오류를 보였다. 토평동 내 고등학교로 확인되는 토평고등학교와 구리여자고등학교 학생도 귀가 후 과제량과 시험 준비 순서를 함께 점검할 때 이런 풀이 과정을 구분해 기록할 필요가 있다.

금지 조건을 마지막에 빼면 생기는 중복

문제: 숫자 \(1,2,3,4,5\)를 한 번씩 사용하여 다섯 자리 수를 만들 때, \(1\)이 첫 번째 자리에 오지 않고 \(2\)가 두 번째 자리에 오지 않도록 하는 배열의 개수를 구하여라.

학생은 전체 배열 \(5!\)에서 \(1\)이 첫 자리에 오는 경우 \(4!\), \(2\)가 둘째 자리에 오는 경우 \(4!\)를 빼어 다음과 같이 계산했다.

학생의 오답: \(5!-4!-4!=120-24-24=72\)

이 식은 오답이다. \(1\)이 첫 자리에 오면서 동시에 \(2\)가 둘째 자리에 오는 배열 \(3!\)을 두 번 빼었기 때문이다. 제외 조건이 겹치는 부분을 다시 더해야 하므로 포함배제 원리를 적용해야 한다.

정확한 식은 다음과 같다.

\[ 5!-4!-4!+3!=120-24-24+6=78 \]

따라서 조건을 만족하는 배열은 \(78\)개이다. 학생은 틀린 줄에 밑줄을 긋고, 각 제외 조건을 괄호로 묶어 겹치는 배열을 확인해야 한다.

  • \(A\): \(1\)이 첫 번째에 오는 경우, \(|A|=4!\)
  • \(B\): \(2\)가 두 번째에 오는 경우, \(|B|=4!\)
  • \(A\cap B\): 두 조건이 동시에 성립하는 경우, \(|A\cap B|=3!\)

이후 \(|A\cup B|=|A|+|B|-|A\cap B|\)를 대입하고, \(78+42=120\)인지 역으로 확인한다. 즉 허용되는 배열 \(78\)개와 금지되는 배열 \(42\)개가 전체 \(120\)개와 일치하므로 계산도 검산된다. 단순히 “실수”라고 적는 대신, 맞게 센 앞부분과 중복을 놓친 뒷부분을 나누어 표시하는 것이 핵심이다.

조건을 바꾼 독립 검증

같은 풀이를 반복하지 않도록 숫자와 금지 위치를 바꾸어 확인한다.

문제: \(a,b,c,d,e\)를 일렬로 배열할 때 \(a\)가 첫 번째 또는 두 번째 자리에 오지 않고, \(b\)가 네 번째 자리에 오지 않도록 하는 배열의 개수를 구하여라.

\(a\)가 첫 번째에 오는 경우와 두 번째에 오는 경우는 서로 겹치지 않지만, 각각 \(b\)가 네 번째에 오는 경우와 겹친다.

\[ 5!-2\cdot4!-4!+2\cdot3! =120-48-24+12=60 \]

학생은 금지 위치를 마지막에 한꺼번에 빼지 않고, 괄호로 \((a\text{의 금지 위치})\), \((b\text{의 금지 위치})\)를 나눈 뒤 교집합을 별도로 표시한다. 마지막에는 허용 배열 \(60\)개와 금지 배열 \(60\)개를 더해 \(120\)이 되는지 확인한다. 이렇게 조건의 관계를 먼저 구조화하면 순서 판단과 중복 허용 여부를 안정적으로 구분할 수 있다.

수업에서 달라진 모습

모르는 걸 말하는 힘

토평동에서 수학 과외를 시작한 뒤 아이와 수업 이야기를 나눠 보니, 예전에는 설명을 듣고도 이해했다고 넘기는 경우가 많았다고 합니다. 선생님은 틀린 문제를 피하지 않도록 편안하게 다시 풀게 하고, 학기 초 첫 시험 준비 때도 학교 진도에 맞춰 부담 없이 복습을 이어 갔습니다. 요즘은 모르는 것을 하나씩 해결하려는 모습이 보여 부모로서 안심이 됩니다.

★★★★★

숙제를 챙기는 습관

토평동에서 수학 과외를 시작한 뒤, 숙제를 마치면 아이가 먼저 오늘 배운 내용을 제게 설명해 주는 일이 잦아졌습니다. 예전에는 틀릴까 봐 어려운 문제 하나를 붙잡고 계획한 시간까지 넘기곤 했는데, 선생님께서는 충분히 생각할 시간을 주고 무리하게 진도를 나가지 않으셨다고 합니다. 수업이 있는 날에도 부담스러워하지 않는 모습이 성적보다 먼저 느껴져 만족스럽습니다.

★★★★★

먼저 묻게 된 변화

토평동에서 수학 과외를 시작할 때만 해도 아이는 문제 하나에 막히면 금세 지쳐 숙제를 몰아서 하곤 했습니다. 선생님은 틀린 답보다 풀이 과정을 먼저 말하게 하고, 모르는 부분을 편하게 질문하도록 이끌어 주셨습니다. 요즘은 수업 전 질문할 문제를 골라두고 시험기간에도 스스로 공부할 양을 확인해 시작하는 모습이 보여 만족스럽습니다.

★★★★☆

모르는 걸 말하는 힘

토평동에서 수학 과외를 시작한 뒤 아이가 숙제를 미루기보다 정해 둔 시간에 먼저 책상에 앉는 모습이 보였습니다. 시험 범위를 절반쯤 공부했을 때도 선생님은 쉬운 문제부터 차분히 확인하며 풀이를 다시 살펴보게 했고, 아이가 질문을 망설이면 중간중간 자연스럽게 말을 꺼내 주셨습니다. 시험기간에도 평소 흐름을 크게 잃지 않고 공부를 조금 편하게 받아들이는 변화가 느껴졌습니다.

★★★★★

질문이 편해진 수업

시험을 일주일 앞둔 평일 저녁, 아이가 수업에서 물어볼 내용을 먼저 적어 두는 모습이 의외로 든든했습니다. 예전에는 어려운 문제가 나오면 숙제부터 미루곤 했는데, 선생님이 막히는 부분을 편하게 말하도록 중간중간 살펴보고 그날 할 일과 다음 복습을 나눠 주신 덕분인 것 같습니다. 토평동에서 과외를 시작한 뒤 시험기간에도 공부 흐름을 크게 놓치지 않으려는 변화가 보여 계속 지켜보려 합니다.

★★★★★