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구운동 고3 수학과외: 허용오차 변화로 표본크기 다시 판단하기

구운동에서 귀가 후 과제와 시험 준비를 함께 점검하는 고3 학생은 통계 추정 문제에서 계산보다 조건의 관계를 놓치고 있었다. 권선구 통학권 참고 학교의 설문 자료를 해석할 때도 표본크기, 신뢰수준, 허용오차를 한 식에 연결해야 했다.

허용오차와 표본크기의 관계

모비율을 추정할 때 신뢰수준 95%의 표본오차가 허용오차 E 이하가 되려면, 사전 정보가 없을 때 p=0.5를 사용하여

n ≥ z0.0252p(1-p) / E2

로 계산한다. 95% 신뢰수준에서는 z0.025=1.96이므로, 허용오차가 4%인 경우

n ≥ (1.96)2×0.5×0.5÷(0.04)2
= 3.8416×0.25÷0.0016
= 600.25

따라서 표본크기는 올림하여 601명 이상이어야 한다.

학생의 오답과 수정 과정

“허용오차가 절반인 2%가 되었으므로 표본크기도 601×2=1202명으로 잡는다.”

이 식은 오답이다. 표본크기는 허용오차 E에 반비례하는 것이 아니라 1/E2에 비례한다. 허용오차를 절반으로 줄이면 분모의 제곱이 1/4이 되므로 표본크기는 2배가 아니라 4배가 필요하다.

학생은 먼저 틀린 줄에 표시하고, 네모칸에 E=0.02, p(1-p)=0.25, z=1.96을 다시 적었다. 이후 원래 식에 대입하여

n ≥ (1.96)2×0.25÷(0.02)2
= 0.9604÷0.0004
= 2401

을 얻었다. 기존 답 1202를 식에 다시 대입하면

1.96√(0.25÷1202) ≈ 0.0283

이므로 실제 허용오차가 약 2.83%가 되어 조건을 만족하지 못한다. 반면 n=2401을 대입하면

1.96√(0.25÷2401)=0.02

가 되어 허용오차 조건을 정확히 만족한다. 그래프를 그릴 때도 이전 모양을 복사하지 않고, n이 커질수록 오차가 감소하며 E가 절반이면 필요한 n이 네 배가 되는 관계를 새로 표시했다.

조건을 바꾼 독립 검증

이번에는 평균 추정 문제로 바꾸어 확인했다. 모집단 표준편차가 σ=12, 신뢰수준 95%, 평균의 허용오차가 3점이면

n ≥ (1.96×12÷3)2
= 7.842
= 61.4656

이므로 필요한 표본크기는 62명이다. 허용오차를 1.5점으로 바꾸면

n ≥ (1.96×12÷1.5)2
= 15.682
= 245.8624

따라서 246명이 필요하다. 62명의 네 배에 가까운 값이므로, 비율 추정에서 확인한 ‘허용오차가 절반이면 표본크기는 네 배’라는 원리를 평균 추정에서도 다시 검증할 수 있다.

이처럼 시험 준비 순서를 정할 때도 계산 결과만 적지 않고, 허용오차와 표본크기의 제곱 관계를 네모칸에 남긴 뒤 원식에 대입하여 조건을 확인하는 습관이 중요하다.

수업에서 달라진 모습

모르는 걸 말하는 힘

구운동에서 수학과외를 시작하기 전에는 모르는 문제가 있어도 혼자 붙잡고 있다가 시험 직전에 새 문제만 몰아서 풀곤 했습니다. 어느 날 수업 중 처음으로 막힌 부분을 질문했는데, 선생님이 편하게 받아주시고 복습할 내용과 숙제를 해낼 수 있는 양으로 나눠 주셔서 부담이 줄었습니다. 늦은 밤 과제가 남아도 할 수 있는 것부터 다시 시작하는 습관이 생긴 점이 가장 반갑습니다.

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질문이 편해진 수업

구운동에서 수학과외를 시작한 뒤, 수업 전부터 숙제와 저녁 일정이 겹쳐 아이가 부담스러워하는 모습을 곁에서 보았습니다. 틀리는 걸 싫어해 풀이를 중간에 접곤 했지만, 선생님은 이해한 부분부터 천천히 확인하며 모른다고 말해도 괜찮게 이끌어 주셨습니다. 요즘은 설명을 듣고 다시 시도하고, 질문할 때 눈치를 덜 보는 모습이 보여 마음이 놓입니다.

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먼저 묻게 된 변화

구운동에서 수학 과외를 시작한 뒤 아이가 책상에 앉는 모습부터 조금씩 달라졌습니다. 예전에는 숙제를 미루다 한꺼번에 하곤 했지만, 선생님은 쉬운 문제부터 차분히 복습하게 하고 집중이 흐트러지면 설명만 반복하지 않고 다른 문제로 자연스럽게 전환해 주셨습니다. 시험 범위를 절반쯤 공부했을 때는 수학을 시작하는 부담이 줄었고, 모르는 것을 먼저 질문하는 모습도 보였습니다.

★★★★★

모르는 걸 말하는 힘

구운동에서 수학 과외를 시작한 뒤에도 아이는 답이 바로 나오지 않으면 불안해하며 숙제를 끝내는 데만 매달렸습니다. 그런데 시험을 보고 온 날 선생님과 편하게 풀이를 이야기하더니, 틀린 문제도 처음 어긋난 부분부터 다시 살펴보는 과정에서 먼저 질문을 했다고 합니다. 요즘은 수업에서 배운 내용을 부모에게 먼저 설명하는 날이 생겨 성적보다 반가운 변화를 느끼고 있습니다.

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질문이 편해진 수업

구운동에서 수학 과외를 시작한 뒤, 아이가 틀린 문제를 다시 펼쳐보는 모습이 눈에 띄었습니다. 예전에는 답지를 먼저 찾았지만 선생님이 질문을 편하게 받아주시고, 부담이 커질 때는 숙제를 우선순위에 따라 나눠 주셔서 모르는 부분을 직접 물어보기 시작했습니다. 수업 후 무엇을 복습해야 할지도 전보다 분명해졌습니다.

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