2차시. 같아 보이는 경우를 구별하라

다시 써도 되는가, 돌리면 같은가, 같은 것이 섞였는가, 순서를 무시하는가를 확인하여 알맞게 센다.


읽을거리: 전부 곱하면 정말 끝일까?

1차시에는 서로 다른 사람이나 물건을 한 번씩 사용했다. 하지만 실제 문제에는 다음 조건이 자주 붙는다.

  • 같은 색을 여러 번 써도 된다.
  • 둥글게 앉아서 모두 함께 돌린 모습은 같은 것으로 본다.
  • 모양이 똑같아서 서로 바꾸어도 알아볼 수 없는 물건이 있다.
  • 순서는 상관없이 같은 종류를 여러 개 골라도 된다.

이 네 상황은 겉보기에는 모두 ‘여러 개를 고르거나 놓는 문제’다. 그러나 무엇을 같은 결과로 보는지가 달라서 세는 방법도 달라진다.

왜 배우는가?
조건을 잘못 읽으면 계산은 깔끔해도 답은 틀린다. 오늘은 공식을 외우기 전에 작은 경우를 모두 적어 보고, 어떤 결과가 중복되는지 확인한다.


오늘의 목표

  1. 같은 선택을 다시 할 수 있는 배열을 센다.
  2. 둥글게 놓았을 때 회전한 모습을 같은 결과로 처리한다.
  3. 같은 것이 섞인 배열에서 중복하여 센 횟수를 찾아 나눈다.
  4. 순서 없이 같은 종류를 여러 번 고르는 경우를 센다.

시작 질문

빨강과 파랑 두 색으로 칸 두 개를 칠한다고 하자.

  • 두 칸을 모두 빨강으로 칠해도 된다면 가능한 결과는 무엇일까?
  • 빨강 카드 두 장이 서로 완전히 똑같다면 두 카드를 맞바꾸어 놓은 것은 새로운 결과일까?
  • 네 사람이 둥글게 앉은 채 모두 한 자리씩 오른쪽으로 옮기면 새로운 앉는 방법일까?







1. 같은 선택을 다시 해도 되는 배열


두 칸짜리 색띠 만들기

빨강·노랑·파랑 중 하나를 골라 첫째 칸과 둘째 칸을 칠한다. 같은 색을 여러 번 써도 된다. 괄호 안에는 (첫째 칸, 둘째 칸) 순서로 적는다.

첫째 칸은 3가지, 둘째 칸도 다시 3가지 중에서 고른다.

같은 선택을 다시 사용할 수 있고, 놓인 순서를 구분하는 배열을 중복순열이라고 한다.


칸이 하나 늘어나면

세 칸을 같은 방법으로 칠하면 첫째·둘째·셋째 칸마다 3가지 선택이 있다.

일반적으로 가지 중에서 같은 것을 다시 사용해도 되도록 번 차례로 고르면

가지다.


직접 확인하기

1.동그라미·세모 두 모양으로 세 칸짜리 무늬를 만든다. 같은 모양을 여러 번 써도 된다. 가능한 무늬를 (첫째, 둘째, 셋째) 순서로 모두 적고, 곱셈으로 확인하라.





2. 원순열: 돌려서 같아지면 한 가지


세 사람이 둥글게 앉기

민준, 서연, 하늘이 둥근 돗자리에 앉는다. 아래 세 배열은 모두 시계 방향으로 민준→서연→하늘 순서다.

세 사람을 함께 돌리기만 한 모습이므로 둥근 자리에서는 같은 결과다. 다음 세 배열도 서로 같다.

따라서 세 사람이 둥글게 앉는 서로 다른 방법은 2가지뿐이다.


한 사람을 한 자리에 고정하기

둥근 자리에는 첫 자리가 따로 없다. 그래서 민준을 위쪽 자리에 고정하고, 나머지 사람만 민준의 시계 방향으로 놓는다.

나머지 2명만 줄 세우면 되므로

가지다. 일반적으로 서로 다른 명이 원 모양으로 앉을 때 한 명을 고정하면 나머지 명만 배열하면 된다.

주의: 둥근 자리 전체를 돌린 모습만 같은 것으로 본다. 거울에 비친 모습까지 같다고 보지는 않는다.


직접 확인하기

2.민준, 서연, 하늘, 지우가 둥근 돗자리에 앉는다. 민준을 위쪽에 고정하고 나머지 세 사람의 시계 방향 순서를 모두 적어, 서로 다른 방법이 몇 가지인지 구하라.





3. 같은 것이 있는 순열


빨강 카드 두 장과 파랑 카드 한 장

먼저 빨강 카드 두 장을 빨강1, 빨강2처럼 구별한다고 하자.

구별하면 가지다. 그러나 실제 카드의 빨강 면이 완전히 같다면 빨강1과 빨강2를 바꾸어도 눈에 보이는 결과는 달라지지 않는다.

눈에 보이는 한 배열마다 빨강 카드끼리 자리를 바꾼 2가지가 숨어 있다. 따라서

가지다.


같은 색이 두 종류라면

카드 5장 중 빨강 3장과 파랑 2장이 각각 같은 모양이라면, 먼저 모두 다른 카드라고 생각하여 로 센다.

  • 빨강 3장을 서로 바꾼 가지는 같은 결과다.
  • 파랑 2장을 서로 바꾼 가지는 같은 결과다.

따라서

가지다.


직접 확인하기

3.빨강 카드 2장과 파랑 카드 2장을 한 줄로 놓는다. 눈에 보이는 배열을 모두 적고, 그 수가 4!을 2!×2!로 나눈 값과 같은지 확인하라.





4. 중복조합: 같은 종류를 여러 번 골라도 되는 조합


간식 2개를 고르기

떡·사탕·귤 세 종류 중에서 간식 2개를 고른다. 같은 종류를 두 번 골라도 되고, 고른 순서는 생각하지 않는다.

모두 6가지다. (떡, 사탕)과 (사탕, 떡)은 고른 간식이 같으므로 한 가지만 적었다.


개수로 바꾸어 적기

같은 선택을 **(떡의 수, 사탕의 수, 귤의 수)**로 적으면 다음과 같다.

세 수의 합은 항상 2다. 이렇게 같은 종류를 여러 번 골라도 되고 순서를 무시하는 선택을 중복조합이라고 한다.


별과 칸막이로 세기

간식 2개를 별 두 개로, 세 종류를 나누는 경계를 칸막이 두 개로 나타낼 수 있다.

별 2개와 칸막이 2개, 모두 4자리 중 별이 놓일 2자리를 고르면 된다.

일반적으로 종류 중에서 같은 종류를 다시 골라도 되도록 개를 고르면 별 개와 칸막이 개를 배열한다. 모두 자리에서 별 자리 또는 칸막이 자리를 고르면 된다.


직접 확인하기

4.떡·사탕·귤 세 종류 중 간식 3개를 고른다. 같은 종류를 여러 번 골라도 된다. 가능한 선택을 (떡의 수, 사탕의 수, 귤의 수)로 모두 적고 몇 가지인지 구하라.





5. 네 가지 상황 구별하기


조건을 읽는 네 질문

  1. 같은 대상을 다시 선택해도 되는가?
  2. 결과에서 자리나 순서를 구분하는가?
  3. 둥근 모양을 함께 돌린 결과를 같은 것으로 보는가?
  4. 서로 바꾸어도 알아볼 수 없는 같은 것이 있는가?

상황을 말로 판단하기

  • 세 칸 비밀번호에 같은 숫자를 다시 쓸 수 있다: 같은 선택을 다시 하는 배열
  • 네 사람이 둥근 돗자리에 앉는다: 원 모양의 배열
  • 빨강 카드 3장과 파랑 카드 2장을 한 줄로 놓는다: 같은 것이 있는 배열
  • 세 종류 간식 중 4개를 순서 없이 고르고 같은 종류도 허용한다: 같은 종류를 다시 고르는 조합

오늘의 정리 문제

5.다음 네 상황에서 무엇을 같은 결과로 보는지 한 문장씩 설명하라. 첫째, 두 색으로 세 칸 무늬 만들기. 둘째, 네 사람이 둥글게 앉기. 셋째, 흰 카드 2장과 검은 카드 2장 배열하기. 넷째, 세 종류 간식 중 3개 고르기.







오늘의 한 문장
계산을 시작하기 전에 다시 써도 되는지, 돌리면 같은지, 같은 것이 있는지, 순서를 무시하는지 확인한다.

2차시 도전문제

이름: ____________________ 모둠: __________ 날짜: __________



1.

1, 2, 3을 사용하여 두 자리 암호를 만든다. 같은 숫자를 여러 번 써도 된다. 암호는 모두 몇 개인가?










2.

서로 다른 네 사람이 둥근 돗자리에 앉는 방법은 모두 몇 가지인가?










3.

빨강 카드 2장과 파랑 카드 1장을 한 줄로 놓을 때, 눈에 보이는 배열은 모두 몇 가지인가?










4.

떡·사탕·귤 세 종류 중 간식 2개를 고른다. 같은 종류를 두 번 골라도 된다. 고르는 방법은 모두 몇 가지인가?

5.

빨강·노랑·파랑·초록 네 색으로 세 칸짜리 무늬를 만든다. 같은 색을 여러 번 써도 된다. 무늬는 모두 몇 가지인가?










6.

민준과 서연을 포함한 서로 다른 다섯 사람이 둥근 돗자리에 앉는다. 민준과 서연이 반드시 이웃하는 방법은 모두 몇 가지인가?










7.

빨강 카드 3장과 파랑 카드 2장을 한 줄로 놓을 때, 눈에 보이는 배열은 모두 몇 가지인가?










8.

떡·사탕·귤 세 종류 중 간식 4개를 고른다. 같은 종류를 여러 번 골라도 된다. 고르는 방법은 모두 몇 가지인가?

9.

0, 1, 2, 3, 4를 사용하여 네 자리 암호를 만든다. 같은 숫자를 여러 번 써도 될 때, 0을 적어도 한 번 포함하는 암호는 모두 몇 개인가?









10.

민준과 서연을 포함한 서로 다른 여섯 사람이 둥근 돗자리에 앉는다. 민준과 서연이 서로 이웃하지 않는 방법은 모두 몇 가지인가?









11.

A, A, B, B, C 다섯 글자를 한 줄로 나열한다. 두 A가 서로 이웃하지 않는 배열은 모두 몇 가지인가?









12.

사과·배·귤·감 네 종류 중 과일 5개를 고른다. 같은 종류를 여러 번 골라도 될 때, 사과를 적어도 2개 고르는 방법은 모두 몇 가지인가?

5차시 AI 대결용 변형문제 만들기

원래 문제 번호: ____________________


AI가 헷갈릴 문제를 만드는 방법

다음 방법 중 한두 가지를 골라 조건을 바꾼다.

  1. ‘같은 것을 다시 써도 된다’와 ‘같은 것이 이미 여러 개 있다’를 한 문제에 섞는다.
  2. 원 모양에서 회전만 같은지, 거울에 비친 모습도 같은지 분명하게 적는다.
  3. 같은 글자나 색이 이웃해야 하거나 이웃할 수 없게 한다.
  4. 특정 종류를 적어도 몇 개 또는 정확히 몇 개 고르게 한다.
  5. 전체에서 조건을 어기는 경우를 빼야 풀리게 한다.

조건은 애매하지 않아야 하며, 정답이 하나로 결정되어야 한다. 만든 문제는 지금 풀어 두고, 실제 AI 시험은 5차시에 한다.

내가 바꾼 조건





내가 만든 문제





정답과 풀이





AI가 헷갈릴 것이라고 예상한 이유