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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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경찰, '1억 의혹' 강선우·김경 영장 신청 [서울=뉴스핌] 고다연 기자 = 공천헌금 1억원 의혹을 수사하는 경찰이 강선우 무소속 국회의원과 김경 전 서울시의원에 대한 구속영장을 신청했다. 5일 경찰에 따르면 서울경찰청 공공범죄수사대는 이날 오전 9시 정치자금법 위반, 배임수재, 청탁금지법 위반 혐의로 강 의원에 대해 구속영장을 서울중앙지검에 신청했다. 김 전 시의원에 대해서는 정치자금법 위반, 배임증재, 청탁금지법 위반 혐의를 적용했다. 강선우 무소속 국회의원, 김경 전 서울시의원 [사진=뉴스핌 DB] 경찰은 구속영장에 뇌물죄 혐의는 적용하지 않았다. 판례를 검토한 결과 정당 공천은 자발적 조직 내부 의사결정으로 이번 의혹은 뇌물죄 구성 요건인 공무가 아닌 당무에 해당한다고 봤다. 다만 경찰은 추가 조사 등을 통해 두 사람을 검찰에 최종 송치할 때는 뇌물죄를 적용할 수 있는지 검토할 예정이다. 강 의원은 2022년 지방선거를 앞두고 김 전 시의원으로부터 공천 대가로 1억원을 받았다가 돌려준 혐의 등을 받고 있다. 강 의원은 두 차례 경찰에 출석해 조사를 받았다. 김 전 시의원은 네 차례 소환조사를 받았다. 현재 공천헌금 수수 당시 상황 등에 대한 두 사람의 진술은 엇갈리고 있다. 구속영장이 신청됐지만 강 의원이 현역 의원이라는 점이 중요 변수로 꼽힌다. 헌법 제44조에 따라 경찰은 현역 의원을 회기 중에 국회 동의 없이 체포·구금할 수 없다. 검찰이 강 의원에 대한 구속영장을 청구하면 체포동의안은 국회에 제출된 뒤 처음 열리는 본회의에 자동 보고된다. 이후 24시간이 지난 시점부터 72시간 이내 본회의를 열어 표결해야 한다. 의원 체포동의안은 재적의원 과반 출석에 출석의원 과반 찬성으로 의결된다. 한편 강 의원은 지난 3일 경찰 조사를 마치고 나오면서 '불체포특권을 유지할 것이냐'는 취재진 질문에 답하지 않았다. gdy10@newspim.com 2026-02-05 10:12
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2026 동계올림픽 무엇이 바뀌었나 * 'AI MY 뉴스'가 제공하는 AI 어시스턴트로 요약한 내용으로 퍼플렉시티 AI 모델이 적용됐습니다. 상단의 'AI MY 뉴스' 로그인을 통해 뉴스핌이 준비한 2026 밀라노 코르티나담페초 동계올림픽 소식을 실시간으로 확인해보기 바랍니다. [서울=뉴스핌] 남정훈 기자 = 2026 밀라노·코르티나 동계올림픽은 '새 종목'과 '새 프로그램'이 대회 얼굴을 바꾸는 첫 무대다. 기존 강국 구도와 메달 판도를 흔들 변화들이 이번 겨울 설원과 빙판 위의 숨은 관전 포인트로 떠오르고 있다. 스키모의 여제 에밀리 하롭. [사진 = 에밀리 하롭 SNS] ◆ 스키마운티니어링 첫 올림픽…'스키모'가 여는 새 시장 가장 상징적인 변화는 스키마운티니어링, 이른바 '스키모'의 올림픽 정식 종목 채택이다. 스키를 착용한 채 가파른 산악 지형을 오르고, 다시 내려오는 이 종목은 알프스와 피레네 등 유럽 산악 지역에서 레저 스포츠와 엘리트 스포츠가 동시에 성장해 온 종목이다. 프랑스와 이탈리아, 스위스가 전통적인 3강으로 평가받고 있으며, 피레네 산맥과 맞닿아 있는 스페인 역시 빠른 성장세로 이들을 추격하고 있다. 자연환경과 문화적 배경이 경기력으로 직결되는 종목 특성상, 첫 올림픽 무대부터 유럽 국가들의 강세가 예상된다. 스키모의 여제 에밀리 하롭. [사진 = 에밀리 하롭 SNS] 산악스키에 걸린 금메달은 총 3개다. 세부 종목은 남녀 스프린트와 혼성 계주로 구성됐다. 스프린트는 약 3분 내외의 짧은 코스에서 진행되지만, 고도차 약 70m 구간을 빠르게 오르고 내려와야 해 폭발적인 체력과 기술이 동시에 요구된다. 특히 스키와 장비를 벗고 착용하는 과정에서 발생하는 작은 실수가 순위를 바꿀 수 있어, 이 장면이 종목의 최대 관전 포인트로 꼽힌다. 남녀 스프린트는 2월 19일(현지시간)에 열리고, 혼성 계주는 21일에 치러진다. 혼성 계주는 남녀 선수 한 명씩 두 명이 팀을 이뤄 코스를 두 차례 완주하는 방식으로 진행된다. 프랑스의 에밀리 하롭처럼 세계선수권과 월드컵을 휩쓴 선수들은 이미 '올림픽 역사상 첫 금메달리스트'라는 상징적인 자리를 놓고 치열한 물밑 경쟁에 들어갔다. 코스 난이도와 고도, 눈 상태에 따라 전략이 크게 달라지는 종목 특성상, 기존 설상 종목과는 전혀 다른 유형의 체력과 경기 운영 능력을 지닌 선수들이 주목받을 가능성도 크다. ◆ 여자 스키점프 라지힐, 마침내 정식 무대 여자 스키점프 라지힐의 올림픽 정식 편입 역시 주목할 만한 변화다. 지금까지 여자 선수들은 노멀힐 종목에만 출전할 수 있었고, 라지힐은 남자 종목으로만 운영돼 왔다. 하지만 세계선수권과 월드컵에서는 이미 여자 라지힐 경기가 정착된 상황이었고, 올림픽 편입이 늦었다는 평가가 나올 정도였다. 여자 스키점프 라지힐의 간판 스타인 니카 프레우츠. [사진 = 프레우츠 SNS] 이번 밀라노 대회에서 라지힐이 추가되면서, 여자 점퍼들은 보다 다양한 무대에서 자신의 기량을 증명할 수 있게 됐다. 슬로베니아의 니카 프레우츠처럼 최근 몇 시즌 동안 라지힐에서 압도적인 성적을 거둔 선수들은 개인전은 물론 혼성 단체전까지 동시에 메달을 노릴 수 있는 구조가 만들어졌다. 여자 라지힐 도입은 단순히 종목 하나가 늘어나는 데 그치지 않는다. 남자·여자·혼성 종목을 모두 소화해야 하는 만큼, 선수층이 고르게 형성된 국가가 유리해진다. 특정 에이스 한두 명에 의존하던 팀보다는, 전체적인 육성 시스템이 탄탄한 국가들이 상대적으로 경쟁력을 갖게 되는 구조다. ◆ 루지 여자 더블·혼성 팀 이벤트… '혼성 시대'의 가속화 루지에서는 여자 더블과 혼성 이벤트가 더해지며 메달 구조가 달라진다. 기존에는 남자 더블이 중심이었지만, 여자 더블 편입으로 여자 선수들의 선택지가 넓어지고, 후속 세대 유입에도 긍정적인 영향을 줄 것으로 예상된다. 여기에 남녀·싱글·더블이 모두 참여하는 혼성 팀 계주는 국가별 '전체 루지 시스템'의 수준을 가늠하는 무대로 자리 잡을 가능성이 크다. 이번 2026 밀라노 동계올림픽 새 종목으로 뽑힌 루지 여자 더블. [사진 = 밀라노 동계올림픽 홈페이지] 비슷한 흐름은 바이애슬론·크로스컨트리·스키점프 등 다른 설상 종목에서도 이어진다. 혼성 릴레이·혼성 팀 경기 비중이 꾸준히 늘어나면서, 남녀를 따로 떼어 보던 관점에서 벗어나 '한 국가의 전체 저변'과 시스템을 함께 보는 시각이 강해지는 추세다. 이는 동계올림픽 전체가 점점 더 성평등·혼성 중심 구조로 이동하고 있음을 보여주는 장면이기도 하다. ◆ 프로그램 개편이 바꾸는 메달 지도 새 종목과 새 이벤트의 추가는 자연스럽게 메달 지도를 변화시킨다. 스키모처럼 유럽 산악 국가들이 강한 종목이 들어오면서 이탈리아, 프랑스, 스위스, 스페인 등은 새로운 메달 창구를 확보하게 됐다. 반면 전통적으로 빙상과 구기 종목에 강점을 지닌 국가들은 상대적으로 불리해질 가능성도 있다. 반대로 루지 여자 더블과 혼성 팀 이벤트처럼 기존에 강세를 보이던 종목이 확장되는 경우, 독일과 오스트리아 등 전통 강국들의 우위가 더욱 공고해질 여지도 있다. 종목 성격에 따라 각국의 득실이 분명하게 갈리는 구조다. 프로그램 개편은 선수 육성 전략에도 직접적인 영향을 준다. 혼성 팀 이벤트를 염두에 두고 남녀를 함께 훈련시키는 방식이 늘어나고, 과거에는 상대적으로 관심을 받지 못했던 스키모·루지·스켈레톤 같은 종목에 대한 투자도 점차 확대될 가능성이 크다. 각국 올림픽위원회와 경기단체들은 밀라노 대회를 기점으로 어떤 종목이 '효자 종목'으로 자리 잡을지, 또 어떤 분야가 사각지대로 남을지를 저울질하며 중장기 육성 전략을 다시 설계하고 있는 분위기다. 밀라노·코르티나 동계올림픽은 이런 의미에서 '새 겨울 스포츠 지형'을 시험하는 무대다. 스키모·여자 라지힐·혼성 팀 이벤트가 얼마나 흥미로운 경기와 서사를 만들어내는지, 또 어느 정도의 시청률과 팬 관심을 끌어낼 수 있는지에 따라 향후 동계올림픽 프로그램 논의의 방향도 달라질 수 있다. 종목 개편은 단순한 숫자 조정이 아니라, 겨울 스포츠의 미래를 다시 그리는 출발점이다. 그런 점에서 밀라노의 변화는 그 자체만으로도 충분히 지켜볼 가치가 있는 또 하나의 핵심 관전 포인트다. wcn05002@newspim.com 2026-02-05 10:14
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종목 추적기

S&P 500 기업 중 기사 내용이 영향을 줄 종목 추적

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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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