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[김정호의 4차혁명 오딧세이] '인공지능 시대' 수능 수학이 가야할 길

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공학을 위한 수학 40년의 탐험

필자가 중고등학교 때 가장 좋아했던 과목이 수학이었다. 그런 배경으로 이과를 선택하고 나중에 공대로 진학하게 된다. 중학교 때는 직각 삼각형 해석에 필요한 ‘피타고라스 정리’를 증명한다고 방학 때 끙끙했던 기억도 난다. 고등학교 때는 수학책으로 ‘수학의 정석’과 ‘해법 수학’ 문제를 풀면서 좋아했다. 특히 수업 중간의 쉬는 시간이면 어려운 문제 1개씩 풀면서 10분을 지내기도 했다.

      김정호 교수

대학 입학 시험에는 본고사 수학 시험을 치렀다. 필자의 기억에 8개의 문제가 나왔는데 1개 문제를 손 대지 못하고 답을 구하지 못했다. 나중에 대학을 들어가고, 전공을 하면서 보니 아주 간단한 문제였는데, 고등학생에게는 조금 어려운 방법으로 풀어야 한다.

그 문제는 f(x)= sin(x)+sin(2x)+sin(3x)+…. +sin(nx) 의 삼각함수 수열의 합을 구하는 문제였다. 그냥 삼각함수 합의 공식으로 풀려면 불가능한데, 복소수를 이용한 삼각함수의 정의를 이용하면 쉽게 풀 수 있다. 삼각함수는 지수 함수를 복소수로 표현하면 되고, 복소수 지수함수 수열의 덧셈은 간단한 수식으로 구해진다. 이 문제를 풀려면, 삼각함수, 복소수, 수열을 개념을 통합해야 하는 문제였다.

대학에 들어 가서도 전공 필수를 제외하고 수학과, 물리학과, 전산학과 과목들을 두루 수강했다. 그 중에서 수강한 수학과목이 공업수학(Engineering Mathematics), 선형대수(Linear Algebra), 미분방정식(Differential Equation), 미분기하학(Differential Geometry) 등의 과목들이었고, 더해서 개인적으로는 물리수학(Mathematics for Physics), 복소수 해석(Complex Analysis) 책을 사서 혼자 공부하기도 했다. 그러고 보면 수학 과목을 좋아했던 것은 사실로 보인다.

이러한 중학교, 고등학교, 대학교에서 수학을 통해서 논리력, 사고력, 상상력, 창의력을 키워온 것 같다. 하지만 공학의 전문 영역에 들어온 지난 30년 동안에 이러한 고급 수학을 직접 쓴 경우는 거의 없었다.

매일 매일의 연구에는 아주 간단한 미적분, 벡터, 행렬 곱셈 정도만 쓰인다. 그것도 개념의 설정이 중요하고 융합이 중요하다. 미적분도 sin(x) 의 미분이 cos(x) 라는 정도만 필요하다. 그보다 수학의 개념을 잘 파악하는 것이 중요하다. 복잡하고 어려운 수학은 컴퓨터가 다 풀어 준다. 그래서 점점 수학용 소프트웨어인 MATLAB(수학, 그래픽, 프로그래밍 소프트웨어)이나 컴퓨터와 지내는 시간이 점점 늘어나고 있다.

1978년 1월 신문에 실린 고등학교의 대표적인 수학 참고서 ‘해법 수학’ 광고, [출처=네이버 블로그]
1979년 7월 신문에 실린 고등학교의 대표적인 수학 참고서 ‘수학의 정석’ 광고, [출처=네이버 블로그]


4차 산업혁명 인공지능에 필요한 수학

4차 산업혁명을 맞아 인공지능이 큰 주제로 등장하고 있다. 인공지능 기술이 가져올 미래 사회의 변화는 상당히 크게 나타날 전망이다. 1차 산업혁명이 노동을 대체한 ‘기계 혁명’ 이라고 한다면, 2차 산업혁명은 전기에너지 기반한 ‘대량생산 혁명’으로 불릴 수 있고, 3차 산업혁명은 인터넷 기초한 ‘정보혁명’ 이라면 4차 산업혁명은 빅데이터를 기반한 ‘인공지능 혁명’으로 생각한다.

그럼 인공지능 알고리즘을 개발하거나 이용하는 개발자 입장에서 필요한 수학은 무엇일까? 아쉽게도 대부분의 인공지능 개발자와 사용자에 필요한 수학은 고등학교 수준의 ‘행렬’ 과 ‘미적분의 개념’ 정도이다. 고등학교 교과서 내용의 개념만 이해해도 된다고 생각한다.

빅데이터 시대의 디지털 데이터 자체가 행렬이다. 영상 이미지 데이터도 그렇고 빅데이터를 저장하는 반도체 메모리도 2차원적인 배열이다. 행렬 곱셈, 덧셈 원리와 절차만 알면 된다. 이 내용은 잘 설명하면 중학생도 이해 할 수 있다. 다양한 신경세포(Node)와 연결층(Layer)을 머리 속에 상상의 연결선 그래프로 그릴 수 있으면 된다. 연결선 그래프를 행렬 수식으로 표현할 수 있으면 된다. 이 과정은 딥러닝 구조의 설계와 학습 과정 설계에서 사용된다.

인공지능은 학습을 통해서 지능이 증가하게 된다. 그 학습은 빅데이터를 이용하게 되고, 그래서 데이터가 클수록 인공지능이 똑똑해 진다. 이러한 인공지능의 종류인 지도학습(Supervised Learning)에서는 학습과정에서 데이터를 입력하고 정답을 가르치게 된다. 정답이 틀리고 오차가 생기면 그 오차를 줄이기 위해서 인공지능 연결선의 가중치 값(Weight)들을 고쳐 나가게 된다.

이 과정을 역방향 학습(Back Propagation)이라고 한다. 이때 오차를 최소화 하기 위해서 미분과 함수 기울기의 개념이 들어간다. 신경세포에 들어가는 함수를 활성화 함수(Activation function)라고 하는데 이 함수의 기울기(Gradient) 값이 사용된다. 그런데 이 활성화 함수도 간단한 삼각함수와 지수 함수의 조합으로 이루어져 있다. 그러니 이 활성화 함수의 미분도 고등학교 수학의 범위를 크게 벗어나지 않는다. 인공지능 프로그램을 사용하는 입장에서는 고등학교 수학의 개념만 잘 알아도 된다.

그런데 고급 인공지능 알고리즘에 확률과 통계 고급 수학이 쓰이기도 한다. 인공지능에 모든 경우의 수를 학습하기 어렵기 때문에 확률과 통계의 힘을 필요로 하는 경우가 많기 때문이다. 아예 수학 수식 해를 구하기 보다는 난수(Random Number)를 만들어 내고 이 난수를 이용해서 수학의 답을 구하기도 한다. 세상에는 정확한 수식으로 답을 구할 수 없는 문제가 많기 때문이다. 그래서 인공지능의 기초 혁신에는 확률과 통계가 더 중요한 수학이 된다. 인공지능 수학자가 되려면 대학, 대학원에서 확률과 통계를 전공해도 좋다.

인공지능 알고리즘 학습 과정(Back Propagation)에서 오차를 줄이기 위한 최소점 (Global minimum)찾기 미분 과정의 설명, [출처=rasbt.github.io]]
인공지능에 사용되는 활성화 함수의 다양한 종류, [출처=Toward Data Science]


갈 길을 잃은 대입 수능 수학 시험

인공지능을 이용한 프로그램을 짜다가 보면, 개발자는 개념의 설정과 구조의 설계를 하고 실제 수학 문제는 전용 소프트웨어가 풀어준다. 논리적 사고력을 바탕으로 일의 순서를 정하고 그림이나 차트로 표현한다. 그리면 쉽게 컴퓨터 코딩으로 전환 가능하다. 그러니 개념과 절차의 설계, 구조의 설정이 중요하다. 컴퓨터는 복잡한 수학 문제, 많은 영의 수학 계산을 인간보다 휠씬 빠르고 정확하게 푼다. 그러니 양과 속도에서 인간이 경쟁하기 어렵다. 그래서 인간의 생각의 힘이 중요하다.

최근 대학 입학 수능 문제를 보면, 학생의 변별력을 위해서 그리고 입시 공정성을 위해서 빠르게 많은 문제를 푸는 능력이 중요한 것으로 보인다. 이제 4차 산업혁명 시대에는 그것은 컴퓨터가 할 일이다. 현재의 대학 입학 수능 시험 문제 출제 의도는 4차 산업혁명과 인공지능 시대를 역행한다. 지금의 대학 입시 수학 교육과 문제 풀이 방식은 오히려 맑고 밝은 두뇌를 가진 우리 청소년의 창의적인 뇌를 점점 퇴화시키고 있다.

2018년 수능 수학 문제 [출처=m.metroseoul.co.kr]

 

joungho@kaist.ac.kr   


[김정호 카이스트 전기 및 전자공학과 교수]

 

 

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달러값 떨어지자 '사자' 몰렸다 [서울=뉴스핌] 박가연 기자 = 달러/원 환율이 큰 폭으로 하락하면서 달러화 선취매가 늘어난 영향으로 지난달 거주자외화예금이 역대 최대를 기록했다. 달러화예금도 처음으로 1000억달러를 넘어섰다. 한국은행이 28일 발표한 '2026년 7월중 거주자외화예금 동향'에 따르면 7월 말 기준 외국환은행의 거주자외화예금 잔액은 1283억4000만달러로 전월 말보다 150억1000만달러 증가했다. 잔액 기준 역대 최대치로 지난해 12월 기록한 종전 최고치인 1194억3000만달러를 7개월 만에 넘어섰다. 월간 증가폭도 지난해 12월 158억8000만달러에 이어 역대 두 번째로 컸다. [자료=한국은행] 거주자외화예금은 내국인과 국내 기업, 국내에 6개월 이상 거주한 외국인, 국내에 진출한 외국기업 등이 국내 은행에 예치한 외화예금을 말한다. 가장 큰 비중을 차지하는 달러화예금은 1089억2000만달러로 전월보다 111억2000만달러 증가해 역대 최대를 기록했다. 달러화예금 잔액이 1000억달러를 넘어선 것은 관련 통계 작성 이후 처음이다. 전체 거주자외화예금의 84.9%를 차지했다. 달러/원 환율이 지난 6월 말 1549.4원에서 7월 말 1424.0원으로 한 달 새 125.4원 떨어지면서 달러화 선취매가 늘어난 영향이다. 대기업의 경상대금 수취와 증권사의 외화채권 발행자금, 고객예탁금 유입도 달러화예금 증가에 영향을 미쳤다. 유로화와 엔화예금도 증가했다. 유로화예금은 일부 기업의 경상대금 수취 등으로 전월보다 22억2000만달러 늘어난 80억6000만달러를 기록했다. 엔화예금은 일부 기업의 배당금 지급 목적 예치와 증권사의 외화채권 발행자금 유입 등으로 15억달러 증가한 86억1000만달러로 집계됐다. 위안화예금은 전월보다 2000만달러 증가한 12억9000만달러를 기록했다. 영국 파운드화와 호주 달러화 등이 포함된 기타통화 예금은 14억6000만달러로 전월보다 1억6000만달러 증가했다. 예금 주체별로는 기업예금과 개인예금이 모두 늘었다. 기업예금 잔액은 전월보다 135억7000만달러 증가한 1125억6000만달러로 전체 외화예금의 87.7%를 차지했다. 이 가운데 기업의 달러화예금은 전월보다 101억1000만달러 늘어난 956억9000만달러로 집계됐다. 개인예금은 157억7000만달러로 한 달 새 14억4000만달러 증가했다. 개인이 보유한 달러화예금도 10억1000만달러 늘어난 132억3000만달러를 기록했다. 은행별로는 국내은행의 외화예금 잔액이 1023억9000만달러로 전월보다 96억1000만달러 증가했다. 외국은행 국내지점은 259억5000만달러로 54억달러 증가한 것으로 집계됐다. eoyn2@newspim.com 2026-08-28 12:00
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'헌법재판관 미임명' 한덕수 5년 구형 [서울=뉴스핌] 백승은 기자 = 내란특검이 윤석열 전 대통령의 탄핵을 저지할 목적으로 헌법재판관을 임명하지 않았다는 혐의를 받는 한덕수 전 국무총리에게 징역 5년을 구형했다. 서울중앙지법 형사합의33부(재판장 이진관)는 28일 직무유기 등 혐의를 받는 한 전 총리와 정진석 전 대통령 비서실장·김주현 전 대통령실 민정수석·이원모 전 공직기강비서관의 결심 공판을 열었다. 한덕수 전 국무총리 [사진=뉴스핌 DB] 한 전 총리는 윤 전 대통령의 직무가 정지됐던 지난 2024년 12월 대통령 권한대행을 역임하며 국회가 추천한 헌법재판관 후보자 3인(마은혁·정계선·조한창)을 의도적으로 임명하지 않았다는 혐의로 재판에 넘겨졌다. 당시 마은혁 재판관이 헌법재판관 후보자로 채택되자 그가 진보 성향 판사 모임인 우리법연구회 회원인 점, 판사 임관 전 운동권 조직과 진보 정당에서 활동했던 점 등이 대두되며 보수 진영의 비판이 이어졌다. 특검은 한 전 총리가 이런 상황을 참작해 윤 전 대통령의 탄핵 인용 결정을 저지하려는 목적으로 마 재판관의 임명을 104일간 미루고, 마용주 대법관 임명도 3개월 넘게 미뤘다고 본다. 또 지난해 4월 적법한 인사 검증을 거치지 않고 윤 전 대통령의 측근으로 알려진 함상훈·이완규 후보자를 헌법재판관 후보로 지명했다는 직권남용 권리행사 방해 혐의도 있다.  특검 측은 최종 구형을 통해 "피고인들은 국회가 선출한 헌법재판관을 임명하지 않아 헌법재판소의 정상적인 구성을 방해하고 국회 동의까지 모두 마친 대법관마저 임명하지 않아 사법부의 정상적인 구성까지 지연시켰다"며 "그 결과는 국정과 헌법기관의 마비였다"고 밝혔다. 이어 "공무원이 행사하는 권한은 본래 공무원 자신의 것이 아니라 국민의 것이다. 그런데 이 사건 피고인들은 권한을 위임한 국민을 배신했다"고 비판했다. 아울러 "(이들의 행위로) 국민이 국가기관의 공식적인 절차를 믿을 수 있다는 신뢰, 그리고 최고위 공직자가 국민 앞에서 하는 말을 믿을 수 있다는 최소한의 신뢰까지 훼손됐다"고 짚었다. 특검 측은 "불의한 권력 앞에서 자신의 자리를 지키는 것보다 헌법과 양심을 지키는 것이 공직자의 의무라는 것을, 국민이 맡긴 권한을 자신의 이익을 위하여 사용했을 때는 반드시 그에 상응하는 책임이 따른다는 것을, 이 판결을 통해 분명하게 남겨 주시기 바란다"고 재판부에 요청했다. 이날 특검은 함께 재판에 넘겨진 정 전 비서실장과 김 전 민정수석은 모두 징역 4년을, 이 전 비서관에게는 징역 3년을 구형했다. 100wins@newspim.com 2026-08-28 13:52
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긍정 영향 종목

  • Lockheed Martin Corp. Industrials
    우크라이나 안보 지원 강화 기대감으로 방산 수요 증가 직접적. 미·러 긴장 완화 불확실성 속에서도 방위산업 매출 안정성 강화 예상됨.

부정 영향 종목

  • Caterpillar Inc. Industrials
    우크라이나 전쟁 장기화 시 건설 및 중장비 수요 불확실성 직접적. 글로벌 인프라 투자 지연으로 매출 성장 둔화 가능성 있음.
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