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고암동고2수학과외

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고암동 고2수학과외: 부등식 귀납법에서 k+1 연결 잡기

덕정고등학교가 고암동에 소재하고, 옥빛고·덕현고·덕계고·양주백석고는 같은 양주시의 참고 학교로 구분된다. 학교별 시험 범위와 수행평가 일정, 평일 귀가 시간을 함께 고려할 때 수학적 귀납법은 풀이 과정을 짧게 외우기보다 각 줄의 부등호가 왜 유지되는지 확인하는 연습이 필요하다.

3n > n2에서 사라진 중간식

다음 명제를 증명한다고 하자.

n≥2인 모든 자연수 n에 대하여 3n > n2

처음에는 32=9>4=22이므로 성립한다. 이제 어떤 자연수 k≥2에서

3k > k2

라고 가정한다. 학생 답안에는 다음과 같은 줄이 나타났다.

3k+1 > (k+1)2

하지만 이 부등식은 가정만으로 바로 얻을 수 없다. 가정의 양변에 양수 3을 곱하면

3k+1 = 3·3k > 3k2

까지만 확실하다. 그다음에는 3k2(k+1)2의 크기를 비교해야 한다.

3k2-(k+1)2 = 2k2-2k-1

이고, k≥2이면

2k2-2k-1 = 2k(k-1)-1 ≥ 3 > 0

이다. 따라서 3k2 > (k+1)2이고, 결과적으로

3k+1 > 3k2 > (k+1)2

가 성립한다. 학생이 추가항의 부호를 확인하지 않고 부등호를 그대로 유지한 것이 문제였던 셈이다. 3k2>-(k+1)2가 양수인지 확인해야 다음 단계의 방향을 정당화할 수 있다.

다음 계산 전에 네모로 고정할 조건

변형된 귀납 문제를 풀 때는 식을 이어 쓰기 전에 다음 세 가지를 답안에 표시한다.

  • □ k의 범위: k≥2
  • □ 가정에 곱한 수: 3>0
  • □ 추가 비교: 3k2-(k+1)2>0

이 확인을 마친 뒤에만 3k+1>(k+1)2라고 결론 내린다. 중간에 일부러 3k2를 남겨 두면, 이전 풀이를 베끼지 않고 k+1 항으로 넘어가는 연결을 직접 확인할 수 있다.

계수가 바뀐 문제에서 다시 확인하기

다음 명제를 같은 방식으로 증명한다.

n≥4인 모든 자연수 n에 대하여 2n≥n2

기초 단계는 24=16=42이다. 귀납가정을 2k≥k2라 하면

2k+1 = 2·2k ≥ 2k2

이고, k≥4에서

2k2-(k+1)2 = k2-2k-1 ≥ 7 > 0

이다. 따라서 2k2>(k+1)2이므로 2k+1>(k+1)2가 된다. 여기서는 시작 부등호가 였지만, 비교식의 양수가 확인되어 다음 단계에서는 >가 된다는 점까지 기록해야 한다.

새 조건에서도 학생이 먼저 k의 범위와 곱한 수의 부호를 적고, 2k2-(k+1)2의 부호를 계산했다면 k+1 연결을 스스로 복원한 것으로 판단할 수 있다.

수업에서 달라진 모습

모르는 걸 말하는 힘

고암동에서 수학 과외를 시작할 때만 해도 아이는 숙제를 펼치기까지 오래 걸렸고, 어려운 문제는 금세 포기하곤 했습니다. 선생님은 컨디션에 따라 문제 수를 줄이고 핵심만 다루면서도, 틀린 문제를 덮지 않고 스스로 다시 풀어보게 했습니다. 요즘은 모르는 부분을 선생님께 다시 설명해 달라고 편하게 말하는 모습이 보여 흐뭇합니다.

★★★★☆

질문이 편해진 수업

고암동에서 수학 과외를 시작했을 때는 설명을 들으면 알 것 같다가도 혼자 풀면 막혀 답지를 먼저 찾곤 했습니다. 수행평가와 시험 준비가 겹친 주에도 선생님은 제 상태를 살피며 수업 끝에 다시 볼 내용만 몇 가지로 정리해 주셨고, 질문도 부담 없이 받아주셨습니다. 오답을 따로 모아보니 한 문제에 막혔다고 공부를 포기하는 일이 조금씩 줄었습니다.

★★★★☆

먼저 묻게 된 변화

고암동에서 수학 과외를 시작하기 전에는 아이가 시험을 앞두고 새 문제만 급하게 풀어 걱정이었습니다. 숙제하다 모르는 문제가 생긴 날에도 선생님은 틀린 부분을 바로 지적하지 않고 생각이 달라진 지점을 함께 찾아보며 복습을 이끌어 주셨습니다. 몇 번 수업한 뒤부터는 궁금한 내용을 먼저 말하고, 배운 것을 다시 확인하는 모습이 조금씩 늘었습니다.

★★★★★

모르는 걸 말하는 힘

시험 전날 복습할 내용을 고르는 모습을 보니 수업 준비가 꽤 꼼꼼해졌다는 생각이 들었습니다. 예전에는 답이 바로 나오지 않으면 불안해서 답지를 먼저 찾았지만, 고암동에서 받은 수업에서는 선생님이 사소한 질문도 왜 궁금했는지부터 들어주셔서 이제는 모르는 부분을 먼저 물어봅니다. 숙제가 많다고 느껴질 때도 부담을 숨기지 않고 말하게 된 점이 가장 큰 변화였습니다.

★★★★★

질문이 편해진 수업

고암동에서 수학 과외를 시작할 때만 해도 아이는 혼자 풀고도 답이 맞는지 몇 번씩 확인하며 질문을 쉽게 못 했습니다. 선생님은 수업 중 기다려 주고, 숙제도 늦은 시간까지 무리하지 않도록 할 수 있는 양으로 나눠 주셨습니다. 이제는 과제가 남아도 손을 놓지 않고 쉬운 것부터 해내는 모습이 보여 뿌듯합니다.

★★★★★