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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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'내란가담' 이상민, 항소심 징역 9년 [서울=뉴스핌] 홍석희 기자 = 12·3 비상계엄 당시 특정 언론사에 단전·단수 지시 혐의를 받는 이상민 전 행정안전부 장관이 12일 항소심에서 징역 9년을 선고받았다. 내란전담재판부인 서울고법 형사1부(재판장 윤성식)는 이날 오후 내란 중요임무 종사 등 혐의로 재판에 넘겨진 이 전 장관에게 징역 9년을 선고했다. 앞서 1심 재판부는 징역 7년을 선고한 바 있다. 12·3 비상계엄 당시 특정 언론사 단전·단수를 지시한 혐의를 받는 이상민 전 행정안전부 장관이 12일 항소심에서 징역 9년을 선고받았다. [사진=뉴스핌 DB] 재판부는 이 전 장관의 내란 중요임무 종사 혐의를 유죄로 판단하며 "내란이 성공해 현재의 헌법질서가 무너지면 원래 상태로 회복하는 것은 어려운 일이 될 것이다. 내란 행위에 대해 엄중한 처벌이 필요하다"고 판시했다.  이 전 장관은 계엄법상 주무부처 장관임에도 윤 전 대통령의 위헌·위법적 계엄 선포를 방조하고, 특정 언론사 단전·단수 지시를 전달하는 등 내란에 순차적으로 공모한 혐의로 1심에서 징역 7년을 선고받았다. 1심 재판부는 언론사 단전·단수 지시 혐의에 대해 "피고인이 법조인으로서 장기간 근무했고 비상계엄의 의미와 그 요건을 잘 알 수 있는 지위에 있었던 점과 피고인이 언론사 단전·단수에 대한 협조 지시를 하기 직전 경찰청장과의 통화를 통해 국회 상황에 대해 인식하고 있었던 점을 종합해볼 때, 피고인에게 내란 중요임무 종사의 고의 및 국헌문란의 목적이 있었다"며 유죄로 판단했다. 특검은 항소심 결심 공판에서 "본 사건은 대한민국이 수립한 민주주의에 대한 테러"라며 이 전 장관에게 징역 15년을 선고해 달라고 재판부에 요청했다. hong90@newspim.com 2026-05-12 15:57
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[6·3 지선 Q&A]사전투표 29~30일 [서울=뉴스핌] 송기욱 기자 = 오는 6월 3일 9회 지방선거가 실시된다. 본후보 등록일은 오는 14~15일 오전 9시부터 오후 6시까지다. 사전투표는 5월 29일부터 30일까지 이틀간 진행된다. 유권자가 반드시 알아야 할 투표 시간과 선거운동 기준, 여론조사 공표 금지 기간, 투표 때 유의 사항을 중앙선거관리위원회가 펴낸 책자를 통해 질의응답(Q&A)으로 정리한다.      선거일 투표 시간은 오전 6시부터 오후 6시까지다. 사전투표 역시 오전 6시부터 오후 6시까지 가능하며 거소투표자를 제외한 모든 유권자가 참여할 수 있다. 일반 지역 유권자는 이번 지방선거에서 시·도지사와 교육감, 기초단체장, 광역·기초의원 등을 선출하기 위해 총 7장의 투표용지를 받게 된다. 선거일 전 6일인 5월 28일부터 선거일 투표 마감 시각까지 정당 지지도나 당선인을 예상하게 하는 여론조사 결과 공표·인용 보도가 금지된다. 다만 금지기간 이전 실시된 여론조사 결과는 관련 요건을 준수할 경우 공표할 수 있다. 또 일반 유권자도 문자메시지와 사회관계망서비스(SNS), 인터넷 등을 활용해 선거운동을 할 수 있다. 선거일 당일에는 인터넷·전자우편·문자메시지를 제외한 일체의 선거운동이 금지된다. 기표소 안에서 투표지를 촬영하는 행위 역시 허용되지 않는다. 다음은 6·3 지방선거 관련 꼭 알아야 할 주요 Q&A다. -선거일과 투표 시간은 ▲6월 3일 오전 6시 ~ 오후 6시. 거소·사전 투표자를 제외한 해당 투표구의 선거인. -사전 투표일과 시간은 ▲5월 29일(금) ~ 5월 30일(토) 2일간 오전 6시 ~ 오후 6시. 거소 투표자를 제외한 모든 선거인. 읍·면·동마다 1개소 투표소 설치. -선거일 당일 선거 운동 여부와 금지 사항은 ▲일체의 선거운동 금지. 다만 인터넷·전자우편·문자메시지를 이용한 선거운동은 가능. 투표 마감시각 종료 이전에 선거인에 대해 투표하고자 하는 정당이나 후보자 또는 투표한 정당이나 후보자의 표시 요구 금지. -선거일 후 답례 금지 사항은 ▲금품 또는 향응을 제공하는 행위. 방송·신문 또는 잡지 기타 간행물에 광고하는 행위. 자동차에 의한 행렬을 하거나 다수인이 무리를 지어 거리를 행진하거나 거리에서 연달아 소리 지르는 행위. 다만 공개 장소 연설·대담용 자동차를 이용해 당선 또는 낙선 거리 인사를 하는 것은 가능. 일반 선거구민을 모이게 해 당선 축하회 또는 낙선에 대한 위로회를 개최하는 행위나 현수막을 게시하는 행위는 금지됨. 다만 선거일 다음 날부터 6월 16일까지 13일 동안 읍·면·동마다 1매의 현수막을 게시하는 것은 가능함. -이번 지방선거에서 투표할 수 있는 사람은 ▲선거일 현재 만 18살 이상(2008년 6월 4일까지 출생)의 국민은 선거권이 있음. 공직선거법 제15조 제2항 제3호에 따른 외국인은 지방선거 선거권이 있음. -후보자 기호는 어떻게 결정되나 ▲후보자 기호는 후보자 등록 마감일을 기준으로 국회에 의석을 갖고 있는 정당의 후보, 의석이 없는 정당의 후보, 무소속 후보의 순으로 결정됨. 국회에 의석을 갖고 있는 정당 간의 기호 순위는 다수 의석 순. 의석이 없는 정당 간에는 정당 명칭의 '가나다'순으로 함. 무소속 후보자는 추첨에 의해 기호를 결정함. -후보자 정보는 어떻게 확인할 수 있나 ▲선거관리위원회는 선거인이 올바른 선택을 할 수 있도록 후보자가 제출한 서류를 선거일까지 공개하고 있음. 후보자 등록이 완료되면 인터넷 홈페이지를 통해 후보자 인적사항과 후보자가 제출한 재산신고서, 병역사항 신고서, 학력에 관한 증명서, 세금 납부·체납 사항, 전과기록에 관한 증명서류를 공개함. -공식 선거운동은 언제부터 하나 ▲선거운동기간은 5월 21일부터 선거일 전일인 6월 2일까지임. -후보자나 선거운동 관계자만 선거운동을 할 수 있나 ▲후보자 가족의 선거운동은 1991년, 일반 유권자의 선거운동은 1994년 이후 허용됨. 현행 공직선거법에서는 일반 유권자도 선거운동을 할 수 있음. 선거운동 기간이 아닌 때라도 제한된 방법인 전화 또는 말, 문자메시지, 인터넷 이용 등으로 선거운동을 할 수 있음. -일반 유권자가 할 수 있는 선거운동방법은 어떤 것이 있나 ▲선거운동을 할 수 있는 일반 유권자는 선거일을 포함해 언제든지 문자메시지나 전자우편, 인터넷 홈페이지, 사회관계망서비스(SNS)를 이용해 선거운동을 할 수 있고 선거일이 아닌 때에 전화나 말로 선거운동 할 수 있음. 선거운동기간 중에는 공개 장소에서 특정 정당이나 후보자에 대한 지지를 호소하는 등 법에서 정한 방법으로 선거운동을 할 수 있음. 특정 후보자를 위한 선거운동 자원봉사자로 활동할 수 있음. 선거운동기간 중 길이 25㎝ 너비 25㎝ 높이 25㎝ 이내 소형의 소품등을 본인의 부담으로 제작 또는 구입해 몸에 붙이거나 지니는 방법으로 선거운동을 할 수 있음. 다만 선거운동을 해 주는 대가로 수당·실비나 음식물을 제공받을 수 없음. -일반 유권자가 자신의 소셜미디어에 (예비)후보자를 지지하는 글을 게시해 팔로어에게 전송할 수 있나 ▲선거일을 포함해 언제든지 가능함. -(예비)후보자로부터 받은 선거운동정보를 자신의 팔로어에게 돌려보기(retweet)가 가능한가 ▲선거일을 포함해 언제든지 가능함. -(예비)후보자나 일반 유권자가 자신의 카카오톡 프로필이나 상태 메시지에 (예비)후보자의 사진이나 지지 호소의 글을 게재할 수 있나 ▲선거일을 포함해 언제든지 가능함. 중앙선거관리위원회. [사진=뉴스핌 DB] -거소투표제도란 무엇인가 ▲몸이 불편해 투표소에 가서 투표할 수 없는 선거인 등을 위해 자신이 머무는 자택 등에서 우편으로 투표할 수 있도록 한 제도임. 거소투표를 하려면 거소투표신고를 해야 함. -이번 선거에서 유권자들은 몇 장의 투표용지를 받나 ▲시·도지사 선거, 교육감 선거, 구·시·군 장 선거, 지역구 시·도의원 선거, 비례대표 시·도의원 선거, 지역구 구·시·군의원 선거, 비례대표 구·시·군의원 선거를 포함해 모두 7개 선거가 실시되므로 투표용지도 7장임. 다만 제주특별자치도, 세종특별자치시는 4장(시·도지사 선거, 교육감 선거, 지역구 시·도의원 선거, 비례대표 시·도의원 선거)의 투표용지를 받음. 2026년 4월 30일까지 실시 사유가 확정된 재·보궐선거 지역의 선거인은 재·보궐선거 투표용지를 함께 받음. -본인 투표소 위치를 어떻게 확인할 수 있나 ▲구·시·군 선관위가 각 가정에 발송하는 투표안내문을 확인하면 됨. 지방자치단체의 '선거인명부 열람시스템'을 이용하거나 중앙선거관리위원회 홈페이지 투표소찾기 연결 서비스를 통해 투표소 위치를 확인할 수 있음. -투표하러 갈 때 준비해야 할 것은 ▲주민등록증, 공무원증, 여권, 운전면허증, 국가유공자증, 장애인등록증, 관공서 또는 공공기관이 발행한 사진이 첩부된 신분증 등 선거인 본인 여부를 확인할 수 있는 증명서나 서류가 필요함. 신분증의 모바일 신분증(앱 실행화면)으로도 본인 확인이 가능함. 다만 신분증 등을 사진 촬영하거나 화면 캡처 등을 통해 저장한 이미지 파일은 사용할 수 없음. 각 가정에 발송한 투표안내문에 선거인명부 등재 번호가 기재돼 있음. 등재번호를 확인하고 가시면 투표시간 단축할 수 있음. -선거권이 없는 자녀를 데리고 투표소에 갈 수 있나 ▲선거인은 초등학생 이하의 어린이와 함께 투표소 안에 출입할 수 있음. 다만 기표소 안에는 미취학 아동만 들어갈 수 있음. -신체에 장애가 있어 기표소에서 혼자 기표할 수 없는 경우 어떻게 투표하나 ▲시각장애인과 신체에 장애가 있어 혼자서 기표할 수 없는 선거인은 보조를 위해 그 가족 또는 본인이 지명한 2명을 동반할 수 있음. -거소투표신고를 한 사람은 선거일 투표소에서 투표할 수 없나 ▲거소투표신고를 한 선거인이 거소투표를 하지 않고 선거일에 해당 투표소의 투표관리관에게 거소투표용지와 회송용봉투를 반납하면 투표할 수 있음. 만약 거소투표용지에 기표가 돼 있으면 다시 투표할 수 없음. -기표소 안에서 투표지를 촬영할 수 있나 ▲기표소 안에서 투표지를 촬영할 수 없음. 이는 투표의 비밀을 보장하기 위해서임. 투표인증샷을 찍으시려면 투표소 입구 등에 설치한 포토존이나 투표소 표지판 등을 활용하면 됨. 22대 국회의원선거 사전투표가 시작된 2024년 4월 5일 인천 계양구 계양3동행정복지센터에 마련된 사전투표소에서 군인들이 투표를 하고 있다. [사진=뉴스핌 DB] -SNS에 투표인증샷을 게시할 때 유의해야 할 점은 ▲선거일에 기호를 나타내는 인증샷(엄지손가락, V자 표시 등)을 SNS에 게시할 수 있음. 다만 기표한 투표지를 촬영해 게시해서는 안됨. -선거여론조사 결과 공표가 제한되는 기간이 있나 ▲누구든지 선거일 전 6일(5월 28일)부터 선거일의 투표마감시각까지 선거에 관해 정당에 관한 지지도나 당선인을 예상하게 하는 여론조사(모의투표나 인기투표에 의한 경우 포함)의 경위와 그 결과를 공표하거나 인용해 보도할 수 없음. 다만 선거일 6일 전에 실시된 여론조사 결과는 공표·보도 요건을 준수해 언제든지 보도할 수 있음. -선거에 관한 여론조사 결과를 공표·보도할 때 유의해야 할 사항은 ▲누구든지 선거에 관한 여론조사 결과를 공표 또는 보도하는 경우에는 선거여론조사기준으로 정한 12가지 사항을 함께 공표·보도하여야 함. 조사의뢰자, 선거여론조사기관, 조사지역, 조사일자, 조사대상, 조사방법, 표본의 크기, 피조사자 선정방법, 응답률, 표본오차, 질문내용, 권고 무선 응답비율(무선전화 응답비율이 100분의 70에 미달한 때). 조사의뢰자(언론사 등)는 선거여론조사기관이 첫 공표·보도 전 여론조사 결과를 등록할 수 있도록 해당 여론조사 결과의 공표·보도 예정일시를 여론조사기관에 통보해야 함. 선거여론조사기관은 중앙여심위 홈페이지 등록내용을 의뢰자에게 공표·보도 전까지 통보해야 함. 누구든지 선거에 관한 여론조사 결과를 공표·보도하는 경우에는 중앙여심위 홈페이지에 등록된 내용만 공표·보도해야 함. -이미 발표된 여론조사 결과를 인용해 공표·보도할 때 유의해야 할 사항은 ▲이미 공표·보도된 여론조사 결과를 다시 인용해 공표·보도하는 경우에는 조사의뢰자, 선거여론조사기관, 조사일자, 조사방법과 함께 '그 밖의 사항은 중앙선거여론조사심의위원회 홈페이지 참조'라고 표기해야 함. oneway@newspim.com 2026-05-12 06:00
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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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