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확률의 합에서 분산까지, 최초 불일치를 찾는 풀이

소사구의 소사고등학교, 시온고등학교, 정명고등학교 등에서 공부하는 학생이라도 송내동·범박동·소사본동처럼 생활권과 이동 시간이 다르면 학습 리듬이 달라질 수 있다. 이 학생은 이동 후 풀이 시간이 짧아 정답 해설의 결론만 옮기는 습관이 있었고, 확률변수의 조건을 먼저 분리하는 연습이 필요했다.

분산 계산에서 사라진 제곱

확률변수 X가 다음과 같은 값을 가질 때를 풀었다.

  • P(X=1)=1/4
  • P(X=2)=1/2
  • P(X=4)=1/4

먼저 확률의 합은 1/4+1/2+1/4=1이므로 조건은 정상이다. 기댓값은

E(X)=1×1/4+2×1/2+4×1/4=9/4

학생은 분산을 계산하며 다음과 같이 썼다.

V(X)=1/4(1-9/4)+1/2(2-9/4)+1/4(4-9/4)=0

이 식은 오답이다. 편차를 그대로 더하면 기댓값의 정의에 따라 항상 0이 되므로 분산을 구할 수 없다. 분산은 각 편차를 제곱한 뒤 확률을 곱해야 한다.

틀린 줄을 표시하고 식을 다시 세우기

학생은 답안에서 편차를 제곱하지 않은 줄에 표시한 뒤, 변수와 공식의 관계를 두 줄 비교로 정리했다.

  • 원식: V(X)=ΣP(X=x)(x-E(X))
  • 수정식: V(X)=ΣP(X=x)(x-E(X))²

따라서

V(X)=1/4(1-9/4)²+1/2(2-9/4)²+1/4(4-9/4)²

=1/4×25/16+1/2×1/16+1/4×49/16=19/16

표준편차는 √(19/16)=√19/4이다. 평균에서의 편차에 확률을 곱한 값이 0이 되는지 확인하는 것은 기댓값 검산이고, 분산에서는 반드시 제곱한 값이 양수가 되는지 확인해야 한다.

조건을 바꾼 독립 검증

같은 유형을 반복하지 않고 확률과 확률변수의 값을 바꾸어 확인했다. 이번에는

  • P(X=0)=1/5
  • P(X=3)=1/2
  • P(X=5)=3/10

으로 두었다. 확률의 합은 1/5+1/2+3/10=1이다.

E(X)=0×1/5+3×1/2+5×3/10=3

E(X²)=0²×1/5+3²×1/2+5²×3/10=12

그러므로

V(X)=E(X²)-{E(X)}²=12-9=3

편차식으로 다시 계산해도 1/5(0-3)²+1/2(3-3)²+3/10(5-3)²=3이므로 일치한다. 표준편차는 √3이다. 이제 학생은 해설의 결론을 옮기기 전에 확률의 합, 제곱 여부, 기댓값과 분산의 공식을 차례로 확인한다.

수업에서 달라진 모습

모르는 걸 말하는 힘

소사구에서 과외를 시작할 때만 해도 아이는 틀린 문제를 다시 보자는 말에 금방 지치고, 선생님 설명을 들어도 이해했다고만 했습니다. 선생님은 숙제를 무리하게 내지 않고 해낼 양으로 나눠 주셨고, 수업 전에는 질문할 문제를 직접 골라 오게 했습니다. 요즘은 숙제가 밀려도 할 수 있는 것부터 시작하고, 틀린 문제도 피하지 않으려는 모습이 보여 만족스럽습니다.

★★★★★

숙제를 챙기는 습관

시험이 끝난 뒤 다음 공부 계획을 의논하는 선생님과 아이의 대화가 편안해 보여 안심됐습니다. 소사구에서 수업을 시작할 때는 한 문제에 오래 머물렀지만, 어려운 문제와 쉬운 문제를 적절히 섞고 스스로 풀 시간을 남겨 주셔서 요즘은 숙제도 한결 차분히 해냅니다.

★★★★☆

먼저 묻게 된 변화

소사구에서 수학 과외를 시작한 뒤 아이가 모르는 문제를 숨기지 않고 표시해 두는 모습이 눈에 띄었습니다. 예전에는 조금 풀다 막히면 바로 손을 놓았지만, 선생님은 시험이 다가와도 새 진도를 서두르기보다 지난주 틀린 문제를 다시 살펴보며 질문하기 편하게 이끌어 주셨습니다. 옆에서 지켜보니 틀린 뒤에도 오래 풀이 죽지 않고 다시 이어가는 태도가 생겨 성적보다 반가웠습니다.

★★★★★

모르는 걸 말하는 힘

소사구에서 수학 과외를 시작한 뒤 평일 귀가 후 숙제를 미루던 아이가 먼저 할 분량을 확인하는 모습이 보였습니다. 예전에는 막히면 정답부터 보려 했지만, 수업 전에 질문할 문제를 골라 두고 시험기간에는 풀이 과정을 말하며 막힌 부분을 차분히 확인했습니다. 설명을 서두르기보다 이해했는지 살펴주는 선생님 덕분에 공부를 대하는 마음도 한결 편해졌습니다.

★★★★★

질문이 편해진 수업

두 번째 수업을 기다리던 날, 시험이 다가오니 또 벼락치기를 해야 하나 싶어 마음이 무거웠다. 소사구에서 시작한 수업은 선생님이 답을 바로 알려주기보다 내가 어디까지 이해했는지 먼저 물어봐서 부담 없이 따라갈 수 있었고, 낯을 가리던 나도 조금씩 일정에 익숙해졌다. 요즘은 모르는 문제를 그냥 넘기지 않고 질문하게 된 점이 가장 달라졌다.

★★★★☆