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[김정호의 4차혁명 오딧세이] 삼각함수에서 발견하는 혁신성장 방안

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알고보면 유용한 삼각함수 곱셈 공식

고등학교 수학II 과목에서 배우는 개념이 삼각함수이다. 사실 삼각함수 단원에서, 왜 배워야 하는지, 어디에 쓰이는지 잘 배우지 못하고, 설명도 없이 공식을 외우고 문제를 풀었다.

 김정호 카이스트 교수

삼각함수의 가치는 우리 자연계의 현상 대부분이 주기성을 갖고 있다는 사실에 있다. 그 주기성을 갖는 자연현상을 설명하는 데 삼각함수가 아주 유용하게 쓰인다. 태양을 중심으로 공전하는 지구, 지구의 자전을 비롯한 우주의 현상뿐만 아니라 우리 몸 속의 심장의 박동도 주기성을 갖고 있다.

4차 산업혁명으로 들어오면 반도체 내의 회로, 컴퓨터도 주기를 갖는 시계(clock)에 맞추어 서로 약속된 동작을 한다. 5G 통신에서도 3.4~6GHz, 혹은 28GHz 전자파를 사용하게 되는데, 이 전자파도 주기성을 갖는 삼각함수 (sine wave)이면서 공간으로 빛의 속도로 전파한다. 이때 1초에 시간에 따라 신호가 진동하는 횟수를 주파수(f, frequency)라고 한다.

수학II 과목에서 삼각함수의 특징을 이해하고 해석하기 위해서 여러 종류의 수식을 배우고 실습한다. 그런데 수식이 복잡해서 단순히 외워서 사용했다. 그 중에서 가장 복잡한 수식이 삼각함수 곱하기 공식이다. 두 개의 삼각함수가 곱해지면 그 결과가 어떻게 되는가 하는 결과를 보여 주는 수식이다.

공식에 의하면 예를 들어 주파수 f1 인 삼각함수와 주파수 f2 인 삼각함수가 곱해지면 새로운 삼각함수가 만들어 진다. 그런데 그 새 삼각함수의 주파수가 f1+f2, f1-f2 로 생성된다. 이처럼 새로운 삼각함수의 주파수는 기존의 두 개의 주파수 합과 주파수 차로 이루어진 새로운 2 개의 서로 다른 주파수를 가진 삼각함수가 만들어 진다.

따라서 자연계에서 두 개의 각각 다른 주기를 가진 현상이 만나서 곱하기 동작을 하면 새로운 주파수가 만들어지는 현상을 이처럼 설명할 수 있다. 일종의 주파수 더하기, 빼기 혹은 변환기가 되는 셈이다. 5G 통신을 위한 송수신 회로에는 이러한 주파수 곱하기 기능을 담당하는 소자를 신호 혼합기(Mixer)라고 부른다. 주로 반도체 트랜지스터의 비선형성 성질을 이용해서 수학적으로는 곱하기, 기능적으로는 신호 혼합기가 이런 역할을 만든다. 반도체 트랜지스터의 불량한 비선형 성격을 이용해서 곱하기를 한다.

그러니 고등학교 때 배운 삼각함수 곱하기 공식의 원리는 5G 통신 시스템에 핵심적으로 사용하는 원리로 사용된다. 그걸 고등학교 때 미리 알기는 어렵겠다.

삼각함수 곱셈 공식, [출처: 네이버 블로그 삼각함수 공식 총정리]


5G 송수신기에 필요한 신호 혼합기

5G 통신에서 고주파 전자파를 사용하려는 이유는 제일 먼저 무선통신으로 보내는 데이터 용량을 높이기 위해서이다. 그런데 고주파를 사용하면 신호 감쇄가 크고, 전파의 직진성이 크다. 그대신 전자파 파장의 크기가 작아 안테나 크기를 줄일 수 있다. 한편 5G 무선 통신 시스템에는 이와 같은 안테나뿐만 아니라, 증폭기(LNA, Low Noise Amplifier), 신호 혼합기(Mixer), 저대역 필터(잡음 제거기), ADC(아날로그 디지털 변환기) 등이 포함된다. 이 소자들 역시 고주파 대역의 특징을 잘 살려 설계해야 한다.

그런데 여기에서 고주파 전자파에 디지털 데이터 신호를 싣는 장치가 바로 신호 혼합기(Mixer)이다. 여기에서 전자파와 디지털 데이터가 수학적으로 곱해진다. 그러면 이 혼합기에서 전자파 주파수 fr 과 디지털 데이터 주파수 fd 가 섞이게 된다. 그래서 새로운 주파수 fr+fd, fr-fd 가 새로 생성된다. 디지털 데이터 신호를 그대로 공간으로 전파할 수 없다. 공간으로의 전파는 고주파 전자파를 이용해야 한다.

그래서 이 신호 혼합기에서 두 신호를 섞어야 한다. 이처럼 고등학교 수학 교과서에 배운 삼각함수 곱셈 공식의 원리가 5G 통시 시스템에서 고주파 전자파 주파수와 디지털 데이터 전자파 주파수를 섞는 원리가 된다.

신호 혼합기(Mixer)가 포함된 RF 수신기 구조, [출처: 아날로그 디바이시스(Analog Devices)]
 
RF 신호 혼합기(Mixer)가 포함된 모듈 사진. [출처: 디지키(Digikey)]


다양한 분야의 융합 통해 혁신해야 

5G 통신 시스템에서는 신호 혼합기에서 보는 사례처럼, 실제 서로 다른 신호, 서로 다른 주파수, 서로 다른 영역의 기술이 융합되는 경우가 많이 있다. 그 융합은 디지털 신호와 아날로그 신호, 디지털 신호와 고주파 신호, 전력 전송과 신호 전달 등 서로 다른 분야가 합쳐져서 구현되고 있다. 4차 산업혁명 시대의 새로운 기술은 다양한 영역의 기술 융합으로부터 나올 수 밖에 없다.

새로운 산업과 일자리 창출도 마찬가지이다. 한 분야만의 혁신은 거의 종말에 가까이 왔다. 이제는 융합을 통한 성장의 시대이다.

4차 산업혁명 시대에는 이러한 융합의 중심이 인공지능과 빅데이터가 될 것으로 예측한다. 특히 인공지능과 빅데이터 기술이 의료, 금융, 보험, 행정, 교육, 서비스, 교통, 환경, 생산, 에너지, 자원, 우주 등 다양한 전 분야와 결합해서 효율을 높이고 생산성을 향상 시킬 것으로 본다. 긍정적으로 본다면 인간에게 노동, 자원, 시간의 자유를 선물할 수도 있다. 이것이 혁신 성장을 의미한다. 그 혁신성장을 인공지능과 빅데이터 중심의 융합으로 만들 수 있다.

 

 

joungho@kaist.ac.kr  

   

[김정호 카이스트 전기 및 전자공학과 교수]   

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도미니카-베네수전 AI 전망은 * 'AI MY 뉴스'가 제공하는 AI 어시스턴트로 요약한 내용으로 퍼플렉시티 AI 모델이 적용됐습니다. 상단의 'AI MY 뉴스' 로그인을 통해 뉴스핌의 차세대 AI 콘텐츠 서비스를 활용해보기 바랍니다. [서울=뉴스핌] 박상욱 기자 = '기적의 8강'을 이룬 한국 야구 대표팀이 천신만고 끝에 마이애미행 비행기를 탔다. 류지현호가 월드베이스볼클래식(WBC) 8강 무대에서 만날 D조 1위 후보 도미니카공화국과 베네수엘라는 얼마나 강한 팀일까. 한국이 4강에 오를 확률과 8강전 전망을 AI에게 물었다. ◆ '우승 후보' 도미니카와 만날 경우 도미니카 라인업을 들여다보면 '초호화 군단' 미국 못지않다. 후안 소토, 블라디미르 게레로 주니어, 페르난도 타티스 주니어, 훌리오 로드리게스, 매니 마차도. 1번부터 6번까지 사실상 모두가 미국프로야구 메이저리그(MLB) MVP·실버슬러거급 타자들이다. 하위 타선이라고 해도 한국 투수들에겐 숨 고를 구간이 없다. 마운드도 만만치 않다. 샌디 알칸타라를 비롯한 메이저리그 에이스급 선발들이 버티고 있다. 6회 이후에는 시속 160㎞에 가까운 강속구를 뿌리는 불펜 투수들이 줄줄이 대기한다. 조별리그에서도 초반에 대량 득점을 만든 뒤 불펜으로 경기를 잠그는 장면이 반복됐다. [AI 일러스트=박상욱 기자] 도미니카는 조별리그에서 압도적인 투타를 앞세워 니카라과를 12–3, 네덜란드를 12–1(7회 콜드게임)로 완파했다. 객관적인 전력, 메이저리그 경험치, 장타 생산력 모두 도미니카가 한국보다 한 수 위라는 평가다. 확률로 환산하면 중립 구장 기준 도미니카 승리 65~75%, 한국 승리 25~35% 정도의 매치업이다. '10번 붙으면 3번 정도 잡는 상대'라는 표현이 크게 틀리지 않는다. [마이애미 로이터=뉴스핌] 도미니카공화국 선수들이 10일에 열린 WBC 이스라엘과의 경기에서 타티스 주니어가 만루홈런을 쏘아 올리자 세리머니를 하고 있다. 2026.03.10 wcn05002@newspim.com '언더독' 한국이 '업셋'을 노리기 위한 조건은 분명하다. '저득점 접전+완벽한 수비+효율적인 찬스 처리'라는 세 가지다. 적어도 경기 중반까지는 접전을 유지해야 한다. 수비에서 단 한 번의 실수도 허용해선 안 된다. 실책은 곧 장타와 빅이닝으로 이어질 가능성이 크다. 공격에서는 장타 싸움이 아니라 '스몰 야구'로 괴롭혀야 한다. 김도영이 출루하고 이정후, 문보경 등 중심 타선이 적시타로 점수를 만들어야 한다. ◆ '다크호스' 베네수엘라와 만날 경우 베네수엘라는 결이 조금 다르다. 도미니카가 '대포 군단'이라면 베네수엘라는 '소총 부대'에 가깝다. 베네수엘라의 간판 타자 로날드 아쿠냐 주니어가 리드오프로 출루의 물꼬를 트고, 'MLB 최고의 교타자' 루이스 아라에즈가 콘택트와 출루를 책임진다. 여기에 윌리엄 콘트레라스와 윌슨 콘트레라스 형제의 장타력이 더해진다. 한 방보다 끊어지지 않는 공격 흐름이 강점이다. 글레이버 토레스와 안드레스 히메네스가 구성하는 미들 인필드의 수비력과 주루 센스가 공수의 안정감을 더한다. [AI 일러스트=박상욱 기자] 마운드도 탄탄하다. 에두아르도 로드리게스, 레인저 수아레스 등 메이저리그에서 검증된 좌완 선발들이 포진해 있다. 불펜 역시 다양한 유형의 투수들로 구성돼 있다. 조별리그에서도 화끈한 득점 쇼보다는 실점을 억제하는 야구로 승리를 쌓았다. 네덜란드를 6–2, 이스라엘을 11–3, 니카라과를 4–0으로 꺾으며 안정적인 경기 운영을 보여줬다. [마이애미 로이터=뉴스핌] 베네수엘라 선수들이 10일에 열린 WBC 니카라과와의 경기에서 아쿠냐 주니어가 솔로홈런을 쏘아 올리자 세리머니를 하고 있다. 2026.03.10 wcn05002@newspim.com 그래도 한국 입장에서는 도미니카보다는 숨통이 조금 트이는 상대다. 한국 승리 확률은 약 35~45% 수준으로 평가된다. 장타 뎁스는 도미니카보다 한 단계 낮고, 대신 콘택트·주루·수비 중심의 야구를 하기 때문이다. 한국이 강점을 가진 수비 집중력과 작전 야구, 불펜 운영으로 흐름을 끌고 갈 여지도 있다. 베네수엘라의 테이블세터인 아쿠냐 주니어와 아라에즈의 출루를 최대한 봉쇄하는 것이 중요하다. 공격에서는 거포의 한 방보다 강한 땅볼과 라인드라이브 타구를 중심으로 번트와 히트앤드런을 섞어 상대 내야 수비를 흔드는 접근이 필요하다. psoq1337@newspim.com 2026-03-10 13:01
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모텔 연쇄살인 피의자 신상 공개 [서울=뉴스핌] 조준경 기자 = 검찰이 강북 모텔 연쇄살인 20대 여성 피의자의 신상을 공개했다. 서울북부지검은 9일 신상정보공개심의위원회를 열고 강북 모텔 연쇄살인 사건 피의자 김소영(20) 씨 이름과 나이, 머그샷을 공개했다. 신상은 이날부터 오는 4월 8일까지 30일간 공개된다. [사진=서울북부지방검찰청] 강북 모텔 연쇄살인 피의자 20세 김소영 중대범죄신상공개법에 따라 검찰은 강력범죄 등 특정중대범죄 혐의가 있는 피의자를 신상정보공개심의위원회에 회부해 신상 공개 여부를 결정할 수 있다. 김씨는 지난해 12월 중순부터 지난달 9일까지 20대 남성 3명에게 벤조디아제핀계 약물이 든 음료를 건네 의식을 잃게 하거나 사망에 이르게 한 혐의(살인·마약류관리법 위반 등)를 받는다. 피해자들 중 2명은 숨졌고 1명은 치료를 받고 회복한 것으로 알려졌다. 김씨는 경찰 조사에서 병원에서 처방받은 약물을 숙취해소제에 타서 들고 다녔다고 진술했다. 또 남성들에게는 모텔 등에서 의견이 충돌해 이를 건넸다고 주장했다.  그러나 경찰은 김씨가 첫 범행 이후 약물 양을 늘렸다고 진술한 점, 휴대전화 포렌식 자료 등을 볼 때 사망 가능성을 충분히 인지했던 것으로 판단하고 상해치사가 아닌 살인죄를 적용해 지난달 19일 검찰에 송치했다. 경찰은 김 씨가 피해 남성으로부터 고급 식사 등을 제공받는 등 본인 경제력으로는 불가능한 경험을 할 기회로 삼은 것으로 보고 있다. 김씨가 사이코패스에 해당한다는 결과도 나왔다. 서울 강북경찰서는 김 씨에 대한 사이코패스 진단 평가(PCL-R) 결과 사이코패스에 해당한다는 판명 결과를 검찰에 송부했다.  사이코패스 진단검사는 냉담함, 충동성, 공감 부족, 무책임 등 사이코패스 성격적 특성을 지수화해서 도출한다. 총 20문항으로 이뤄졌으며 40점 만점이다. 통상 25점 넘으면 사이코패스로 분류되는데 김씨는 기준치 이상 점수를 받았다고 알려졌다. 한편 피해자로 추정되는 남성 2명이 추가로 드러나면서 경찰은 김 씨 여죄를 수사 중이다. calebcao@newspim.com 2026-03-09 14:40
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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.
이 내용에 포함된 데이터와 의견은 뉴스핌 AI가 분석한 결과입니다. 정보 제공 목적으로만 작성되었으며, 특정 종목 매매를 권유하지 않습니다. 투자 판단 및 결과에 대한 책임은 투자자 본인에게 있습니다. 주식 투자는 원금 손실 가능성이 있으므로, 투자 전 충분한 조사와 전문가 상담을 권장합니다.
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