Mathematics

이 글은 현재는 절판된 Serge Lang의 선형대수 교재 제2판([1], VII, §6)의 내용을 토대로 쓴 것이다. 퍼가지 마시라. 이 글에서는 행렬식을 한 도형의 체적으로 이해하는 이야기를 소개한다. 먼저 2-차원의 경우를 논할텐데, '체적(volume)'이라는 용어를 2-차원 도형의 넓이를 일컬을 때에도 그냥 사용하고자 한다. 또한 '\(\operatorname{Vol}\)'와 같은 기호를 이용하여 넓이를 나타내기도 할 것이다. 물론 이 기호를 일반적인 고차원 도형의 체적을 나타내는 기호로도 쓸 것이다.…

앞으로 종종 각 문제가 다음 문제로 이어지는 일련의 문제를 나열할 것이다. 이들을 처음 읽을 때는 마지막 질문에 답할 수 없을지라도, 다른 질문들을 해결해보며 차분히 읽어나가면 마지막 질문에 대한 답도 “분명히” 눈에 보일 수 있을 것이다. 앞으로 \(\mathrm{A_{1}, A_{2}, A_{3}}\)는 각각 하나의 letter로 여긴다. 아마 먼저 세 개의 \(\mathrm{A}\)를 서로 다른 색의 \(\mathrm{A}\)로 여기고 나중에는 구별할 수 없는 \(\mathrm{A}\)로 여기는 것이…

비둘기의 수가 비둘기집의 개수보다 많다면 (그리고 비둘기들이 모두 비둘기집으로 들어간다면) 반드시 어떤 비둘기집에는 두 마리 이상의 비둘기가 들어 있다. 좀 더 구체적으로 \(n+1\)마리 혹은 더 많은 비둘기를 \(n\)개의 비둘기집에 배정하면, 비둘기 중 적어도 두 마리는 같은 비둘기집에 배정된다. 더 일반적으로는, 비둘기의 수가 비둘기 집의 수의 \(k\)배 보다 더 많다면, 반드시 어떤 비둘기집에는 \(k+1\)마리 이상의 비둘기가 들어가 있다. 이러한 원리를 비둘기집의…

More Quickies. 서로 다른 \(5\)개의 라틴책, 서로 다른 \(7\)개의 그리스책이 있을 때, 하나의 라틴책과 하나의 그리스책을 고르는 경우의 수는? 하나의 \(2\)-letter word를 만드는 경우의 수는? 하나의 \(2\)-letter word를 만드는데, letter들이 서로 다른 것으로 만드는 경우의 수는? 하나의 \(2\)-letter word를 만드는데, 한 자음 뒤에 한 모음이 따라 오도록 만드는 경우의 수는? \(3\)명의 남자와 \(8\)명의 여자에서, 한 남자와 한 여자를 택하는 경우의…

이 글에서는 가능한 한 앞으로 중복되는 부연 설명을 피하기 위해 이 블로그에 올리는 조합론 혹은 이산수학 관련 포스트 전반에 걸쳐 적용되는 몇 가지 관습 혹은 관례를 명시한다. 사람은 항상 서로 구별된다. 그리고 편의상 오렌지는 서로 구별되지 않는다. 마찬가지로 사과, A, 빨간공, 그리고 특별한 언급이 없는 한 100원짜리 동전도 그들끼리는 서로 구별되지 않는다. 예를 들어, 복숭아, D, 초록공 등에도 일반적으로 동일한…

그렇다. 셈하는 것은 어렵다. “Counting”이란 전혀 쉬워 보이지 않는 말인 “계수적 조합론(enumerative combinatorics)”의 줄임말이다. 이는 “How many ways are there to . . .”로 시작하는 질문을 다루는 이산수학의 한 과목이라 할 수 있다. 예를 들어, 우리는 곧 “\(8\)가지 맛을 고를 수 있는 아이스크림 콘 \(12\)개를 주문하는 경우의 수는?”과 같은 질문의 답을 알게 될 것이다. 이 과목이 끝날 때는 “\(k\)개의 색을…

'가우스의 정리'라고 말하면 그 종류가 너무 많아서 무엇을 일컫는지 혼동의 여지가 있습니다. 지금 살펴보고자 하는 가우스의 보조정리는 다항식의 인수분해와 관련된 정리입니다. 다음과 같은 질문을 할 수 있습니다. 정수계수 다항식이 (차수가 더 낮은) 유리계수 다항식 두 개로 인수분해될 필요충분조건이 그 다항식이 (차수가 더 낮은) 정수계수 다항식 두 개로 인수분해되는 것임을 어떻게 증명할 수 있는가? 인수분해를 섬세하게 살펴본 학생은 위의 질문에 언급된…

일변수 실함수의 연쇄법칙을 증명해보자. 보통 고등학교 교과서, 혹은 기초미적분학 교재에는 다음과 같은 (가짜) 증명을 슬쩍 소개하고 있다. \( (f(g(x)))'=\lim_{\Delta x\to 0}\frac{f(g(x+\Delta x))-f(g(x))}{\Delta x} \)\( =\lim_{\Delta x\to 0}\frac{f(g(x+\Delta x))-f(g(x))}{g(x+\Delta x)-g(x)}\cdot\frac{g(x+\Delta x)-g(x)}{\Delta x} \)\( =\lim_{\Delta x\to 0}\frac{\Delta f}{\Delta g}\cdot\frac{\Delta g}{\Delta x} \lim_{\Delta x\to 0}\frac{\Delta f}{\Delta g}\cdot\lim_{\Delta x\to 0}\frac{\Delta g}{\Delta x} = f'(g(x))g'(x) \) 그러나 여기서 $\Delta x\to 0$일 때, $\Delta g$가 $0$일…

제3장 문자와 식 3.1 다항식 다항식의 구조 문자 또는 수들의 곱으로 이루어진 식을 항이라 하고, 항 또는 항들의 합으로 이루어진 식을 다항식(polynomial)이라고 한다. 예를 들어 \( \pi,\, x,\, 3z+1,\, -x+2x^{2020}+2, \, -xy^{2}+x^{2}+a^{4}y^{2}+x \) 는 모두 다항식이다. 다항식은 동류항끼리 모아서 정리하여 간단히 나타낸다. 그리고 차수가 높은 항부터 순서대로 나열하는 내림차순 혹은 차수가 낮은 항부터 순서대로 나열하는 오름차순으로 정리하면 보기 좋다. 예를…

제2장 실수와 복소수 실수라는 것은 도대체 무엇일까? 각각의 실수가 무엇인지 밝히는 것이 가능할까? \(0\)이나 \(1\)과 같이 간단하고 중요한 수의 경우도 이들이 과연 무엇인지 그 자체로 밝히는 것은 간단한 일이 아니다. 실수란 무엇인가라는 질문에 어느 정도 만족스러운 답변을 얻는 것은 우리가 지금 공부하는 수학Ⅰ의 범위를 넘어서는 것이다. 이 장에서는 먼저 실수가 갖는 성질 중 중요한 두 가지 성질, 즉 연산에 대한…

연역적 추론 두 조건 \(p, q\)에 대하여, 문장 `\(p\longrightarrow q\)'는 하나의 명제가 된다. 일반적으로 조건 \(p, q\)의 진리집합을 각각 \(P, Q\)라 할 때, \(p\longrightarrow q\)가 참이면 조건 \(p\)를 참이되게 하는 원소는 조건 \(q\)도 참이 되게 하므로 \(P\subset Q\)인 관계가 성립한다. 또한 \(P\subset Q\)인 관계가 있으면 명제 \(p\longrightarrow q\)는 참이다. 한편, 명제 \(p\longrightarrow q\)가 거짓이라는 것은 조건 \(p\)가 참이 되지만 \(q\)는…

제1장 집합과 논리의 기초 ``철학은 우주라는 드넓은 책에 쓰여있다. … 그것은 수학의 언어로 쓰였으며 그것의 문자는 삼각형, 동그라미 그리고 다른 기하학적 수치들이다.'' -갈릴레오 갈릴레이(Galileo Galilei; 1564--1642)- 19세기 말 수학자 칸토르(Cantor, G.; 1845--1918)는 무한집합에 관한 이론을 처음으로 발표하였다. 수학의 긴 역사를 생각해볼 때 `집합'이라는 개념을 구체적으로 다룬 것은 비교적 최근의 일이라 할 수 있다. 오늘날에는 모든 수학적 대상을 집합을 이용하여 정의한다고…