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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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트럼프, 건국 250주년 금화 본인 초상 [서울=뉴스핌] 최원진 기자= 도널드 트럼프 미국 대통령이 자신의 얼굴이 새겨진 24캐럿 기념 금화 발행을 승인하며 '자기 우상화' 논란에 불을 지폈다.  현지시간 19일 로이터 통신에 따르면, 트럼프 대통령이 임명한 인사들로 구성된 연방미술위원회(CFA)는 미국 건국 250주년을 기념해 트럼프 대통령의 초상이 담긴 기념 금화 발행안을 이날 만장일치로 통과시켰다. 도널드 트럼프 미국 대통령의 초상이 담긴 미국 건국 250주년 기념 금화 디자인. 미국 조폐국 제공. [사진=로이터 뉴스핌] 1910년 설립된 CFA는 워싱턴 D.C. 내 연방 공공건물과 기념물 등의 디자인을 심의하는 독립 기관이다. 이번에 승인된 금화는 워싱턴 국립 초상화 미술관에 전시된 사진을 바탕으로, 책상에 기대어 정면을 응시하는 엄숙한 표정의 트럼프 대통령을 묘사할 예정이다. 위원회 심의 과정에서는 금화의 상징성을 극대화하려는 시도가 이어졌다. 올해 트럼프 대통령이 임명한 백악관 보좌관 체임벌린 해리스는 "클수록 좋다"며 직경 3인치(약 7.6cm)에 달하는 대형 금화 제작을 제안했다. 브랜든 비치 미 연방재무관 역시 성명을 통해 "미국 정신과 민주주의를 대표하는 인물로 현직 대통령인 도널드 J. 트럼프보다 더 상징적인 프로필은 없다"며 발행 당위성을 강조했다. 하지만 이번 금화 발행이 법적 허점을 노린 '편법'이라는 지적도 만만치 않다. 미국법상 생존해 있거나 사후 3년이 지나지 않은 대통령의 초상은 유통되는 달러 동전에 새길 수 없다. 트럼프 행정부는 이번 금화를 시중에 유통되지 않는 '수집용(non-circulating)'으로 분류함으로써 이 규제를 피했다는 분석이다. 이에 대해 민주당 제프 머클리 상원의원은 "동전에 자신의 얼굴을 새기는 이들은 군주나 독재자이지 민주주의 국가의 지도자가 아니다"라며 "건국 250주년의 의미를 왜곡하려는 시도"라고 강력히 비판했다. 초당파적 기구인 시민주화자문위원회(CCAC)의 도널드 스카린치 위원 역시 "1926년 쿨리지 대통령의 사례가 있지만, 당시엔 건국 영웅인 조지 워싱턴의 얼굴 뒤에 겹쳐진 형태였다"며 "현직 대통령 단독 초상을 대형 금화에 새기는 것은 차원이 다른 문제"라고 꼬집었다. 트럼프 대통령은 지난해 1월 재집권 이후 자신의 이름을 국가 자산에 각인시키는 행보를 광범위하게 지속해 왔다. 워싱턴의 주요 정부 건물은 물론 차세대 해군 함정의 함급명, 부유층 대상 비자 프로그램, 정부 운영 처방약 웹사이트, 심지어 어린이용 연방 저축 계좌에까지 '트럼프'라는 이름을 붙여왔다. 트럼프 행정부는 이번 기념 금화 외에도 자신의 초상이 새겨진 새로운 1달러 동전의 연내 유통을 제안해 놓은 상태여서, 이를 둘러싼 법적·정치적 공방이 예상된다.  wonjc6@newspim.com   2026-03-20 11:08
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'법정 소란' 권우현 영장심사 시작 [서울=뉴스핌] 박민경 기자 = 한덕수 전 국무총리의 재판 등에서 법정 소란을 일으킨 김용현 전 국방부 장관의 변호인이 20일 구속 기로에 섰다. 서울중앙지법 이지영 영장전담 부장판사는 이날 오전 10시 30분 법정 소동 혐의를 받는 권우현 변호사에 대한 구속 전 피의자 심문(영장실질심사)을 열었다. 한덕수 전 국무총리의 재판 등에서 법정 소란을 일으킨 김용현 전 국방부 장관의 변호인이 20일 구속 기로에 선다.  사진의 왼쪽에서 두 번째가 권우현 변호사. [사진=유튜브 캡쳐] 권 변호사는 이날 오전 9시 30분쯤 취재진을 피해 법정 안으로 들어갔다. 앞서 서울중앙지검은 김 전 장관의 변호인단 중 한 명인 권 변호사에 대해 경찰이 신청한 구속영장을 법원에 청구했다. 권 변호사는 지난해 11월 서울중앙지법 형사합의33부(재판장 이진관) 심리로 진행된 한 전 총리의 속행 공판에서 김 전 장관의 증인신문 도중 소란을 피워 감치 15일을 선고받았다. 이후 권 변호사는 같은 달 열린 감치 재판에서 "해보자는 것이냐", "공수처(고위공직자범죄수사처)에서 봅시다"라고 발언했고, 재판부는 이를 문제 삼아 감치 5일을 추가로 내렸다. 그러나 이후 서울구치소가 인적사항이 확인되지 않았다는 사유로 수용을 거부하면서 집행 명령이 정지됐다. 대법원 법원행정처는 같은 달 법정모욕·명예훼손 혐의로 경찰에 고발장을 제출했다. 한편 서울중앙지검은 지난 1월 김 전 장관 변호인단인 이하상·권우현·유승수 변호사의 법정 내 품위 손상 행위와 이 변호사의 유튜브 내 모욕적 발언 등을 이유로 대한변호사협회에 징계 개시를 신청했다. 변협은 이 변호사의 유튜브 발언 부분에 대해서만 징계 개시를 청구하고, 법정 내 언행 등에 대해서는 변호인의 조력을 받을 권리를 보호한다는 등의 이유로 기각했다. 검찰은 변협 결정에 대해 지난 12일 이의신청을 제기했다. pmk1459@newspim.com   2026-03-20 11:05
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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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