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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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'내란 가담' 박성재 1심 징역 25년형 [서울=뉴스핌] 박민경 기자 = 12·3 비상계엄에 가담한 혐의로 기소된 박성재 전 법무부 장관에게 중형이 선고됐다. 서울중앙지법 형사합의33부(재판장 이진관)는 22일 내란 중요임무 종사, 직권남용권리행사방해 등 혐의로 재판에 넘겨진 박 전 장관에게 징역 25년을 선고했다. 재판부는 박 전 장관이 증거를 인멸할 우려가 있다고 보고 법정구속했다. 계엄 해제 직후 이뤄진 '안가 회동'에서 계엄에 관한 논의가 없었다는 취지로 국회에서 위증한 혐의로 함께 기소된 이완규 전 법제처장에게 공소기각 판결했다. 12·3 비상계엄에 가담한 혐의로 기소된 박성재 전 법무부 장관에게 중형이 선고됐다. 사진은 내란중요임무종사 혐의로 기소된 박 전 장관이 22일 오후 서울 서초구 서울중앙지방법원에서 열린 1심 선고 공판에 출석하고 있는 모습. [사진=뉴스핌DB] 재판부는 박 전 장관이 2024년 12월 3일 비상계엄 선포 직후 법무부 간부 회의를 소집해 검사 파견을 검토하고 교정시설 점검 등을 지시한 행위를 윤석열 전 대통령의 내란 범죄에 가담한 것으로 판단, 내란 중요임무 종사 혐의를 유죄로 인정했다. 재판부는 "피고인은 국무위원으로서 헌법과 법률을 준수하고 수호할 헌법적 의무를 부담한다"며 "그럼에도 12·3 내란이 성공할지도 모른다는 생각에 의무를 외면하고 가담을 선택했다"고 지적했다. 교정시설 수용 여력 점검, 출국금지 담당 직원 출근을 지시하며 직권을 남용한 혐의도 유죄로 판단했다. 비상계엄 해제 직후 법무부 검찰과에 계엄을 정당화하는 논리가 담긴 '권한 남용 문건'을 작성하게 한 직권남용 혐의 역시 유죄로 봤다. 재판부는 양형이유에 대해 "12·3 비상계엄은 윤석열 전 대통령의 위헌·위법한 비상계엄 선포와 포고령 발령, 군·경을 동원한 국회 통제 시도 등으로 이뤄진 내란행위에 해당한다"며 "권력 핵심부가 주도한 '위로부터의 내란'이자, 친위 쿠데타의 성격을 가진다"고 밝혔다. 이어 "국제사회에서 대한민국의 위상을 훼손하고 수십 년간 쌓아온 민주주의 성과를 위협한 중대한 범죄"라며 "비상계엄이 조기에 실패한 것은 시민과 국회의 대응 덕분일 뿐, 피고인들의 행위가 가볍다고 볼 수는 없다"고 지적했다. 아울러 "피고인은 수사기관과 법정에서 서슴없이 허위 진술하거나 '아무런 기억이 나지 않는다'고 진술했다"며 "신문 과정에서 '많은 책임감을 느끼고 죄송하다'고 했으나, 이런 태도에 비추어 그 진정성을 인정하기 어렵다"고 판시했다. [서울=뉴스핌] 사진공동취재단 = 12.3 비상계엄 해제 직후 안가 회동과 관련해 국회에서 위증한 혐의를 받는 이완규 전 법제처장이 22일 오후 서울 서초구 서울중앙지방법원에서 열린 1심 선고 공판에 출석하고 있다. 2026.06.22 photo@newspim.com 다만 김건희 여사로부터 서울중앙지검에 명품 가방 수수 사건 전담 수사팀이 구성된 경위를 파악해달라는 취지의 청탁을 받은 후 하급자에게 부적절한 지시를 내린 혐의(청탁금지법 위반)에 대해선 공소기각을 선고했다. 이 사건이 내란 특검법에서 정한 수사 대상에 해당하지 않으므로 특검에게 수사권과 공소권이 없다는 판단이다. 재판부는 같은 이유로 이 전 처장의 국회증언감정법 위반 혐의에 대해서도 공소기각을 선고했다. 내란 특검팀(특별검사 조은석)은 지난 4월 열린 결심공판에서 박 전 장관에게 징역 20년, 이 전 처장에게 징역 3년을 각각 구형한 바 있다. 장우성 특검보는 박 전 장관 1심 선고와 관련해 "위헌·위법한 비상계엄 선포를 막고 헌정질서를 수호해야 할 법무부 장관의 책무를 확인한 판결"이라며 "김건희 여사 수사무마 청탁금지법 위반 혐의와 이완규 전 법제처장 공소기각 부분은 종합특검 수사 대상 해당 여부를 검토해 인계할 수 있고, 이번 사건에 대한 항소 가능성은 낮다"고 말했다. pmk1459@newspim.com 2026-06-22 16:10
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李대통령 지지율, 5주 연속 하락세 [서울=뉴스핌] 김미경 기자 = 이재명 대통령의 국정수행 지지율이 5주 연속으로 하락하면서 취임 이후 처음으로 40%대 지지율을 기록했다.  여론조사 전문기관인 리얼미터가 22일 공개한 6월 3주차 주간집계(에너지경제신문 의뢰, 15~19일 조사, 무선 100% 임의번호 자동응답(ARS)방식, 중앙선거여론조사심의위원회 홈페이지 참조) 결과를 보면 이 대통령 국정수행 긍정평가는 46.7%로 지난주보다 4.8%포인트(p) 하락했다. 이 대통령의 지지율이 50% 미만으로 떨어진 것은 취임 후 처음이다. 이재명 대통령 6월 3주차 국정수행 평가. [그래프=리얼미터] 부정평가는 49.7%로 5.5%p 올랐다. 긍·부정 평가가 오차범위 안이었다. '잘 모르겠다' 3.6%였다. 리얼미터는 6·3 지방선거 투표용지 부족 사태로 인한 책임론 확산과 집권 여당 더불어민주당 당권 갈등이 정국 전반의 부정적 영향을 준 것으로 분석했다. 특히 이 대통령의 유럽 순방 성과와 코스피 9000선 돌파에도 되레 자산시장 양극화 우려가 커지면서 중도층과 수도권을 중심으로 지지층 이탈이 나타났다고 리얼미터는 판단했다. 권역별로는 대구·경북(9.9%p) 하락세가 가장 컸고, 인천·경기(7.6%p), 서울(7.4%p)도 큰 낙폭을 보였다. 연령대별로는 50대(9.1%p) 지지층의 이탈이 가장 많았고, 20대(6.2%p)와 40대(5.5%p)에서도 하락세가 두드러졌다. 6월 3주차 정당 지지도. [그래프=리얼미터] 정당 지지도(18~19일 조사)에서는 민주당이 40.1%로 2.1%p 올랐고 국민의힘이 42.3%로 2.0%p 떨어졌다. 이어 개혁신당 3.4%, 조국혁신당 2.9%, 진보당 1.7% 순으로 조사됐다. 무당층은 7.7%였다. 리얼미터는 국민의힘 지지율이 하락한 것은 선거관리 부실 사태를 전면 재선거·사전투표 폐지로 확대한 것을 부정 요인으로 꼽았다. 장동혁 국민의힘 대표를 향한 사퇴 요구로 당내 갈등이 불거지며 보수층 결집력이 약화한 것으로 봤다. 민주당은 선거 부실 관리에 대한 여야 국정조사 합의 등 수습 국면과 정청래 민주당 대표가 이 대통령의 순방 성과를 치켜세우며 '단합'을 부각하고 있는 것이 지지층 결집으로 이어졌다고 분석했다. the13ook@newspim.com 2026-06-22 10:18
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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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