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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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李대통령 지지율 67% [NBS] [서울=뉴스핌] 김미경 기자 = 이재명 대통령의 국정운영 지지도가 취임 이후 최고치인 67%를 기록했다는 여론조사 결과가 26일 발표됐다. 이재명 대통령 국정운영 평가 2월4주차 [그래프=NBS] 엠브레인퍼블릭·케이스탯리서치·코리아리서치·한국리서치가 공동으로 수행하는 전국지표조사(NBS) 2월 4주차 결과를 살펴보면 이 대통령의 국정운영 긍정평가는 67%로 직전 조사인 2월 2주차 63%보다 4%포인트(p) 올랐다.  부정평가는 25%로 직전 조사 30%보다 5%p 떨어졌다. [서울=뉴스핌] 이재명 대통령이 지난 25일 서울 종로구 청와대에서 열린 제11차 확대국가관광전략회의 'K-관광, 세계를 품다'에서 미소를 짓고 있다. [사진=청와대] 2026.02.26 photo@newspim.com 정당 지지도에서는 더불어민주당 45%, 국민의힘 17%, 조국혁신당 4%, 개혁신당 3%, 진보당 1% 순으로 나타났고, 태도유보는 27%였다.  정당 대표의 직무수행 평가는 정청래 민주당 대표에 대한 긍정평가가 43%, 부정평가 42%였고, 장동혁 국민의힘 대표에 대한 긍정평가는 23%, 부정평가는 62%였다. NBS 정당지지도 2월4주차 [그래프=NBS] 6·3 지방선거와 관련해서는 여당에 힘을 실어줘야 한다는 의견이 53%, 야당에 힘을 실어줘야 한다는 의견이 34%로 집계됐다. 이재명 정부가 추진하는 다주택자 양도소득세 중과 유예 폐지에는 잘한 조치라는 찬성 의견이 62%, 잘못한 조치라는 반대 의견이 27%였다.  윤석열 전 대통령 1심에서 무기징역을 선고한 것에는 '혐의에 비해 가볍다'는 의견이 42%, '적절하다'는 의견이 26%, '무죄이므로 잘못됐다'는 의견이 23%였다.  이번 여론조사는 23~25일 동안 만 18세 이상 남녀 1002명을 대상으로 휴대전화 가상번호(100%)를 이용한 전화면접조사 방식으로 진행됐다. 응답률은 14.9%로, 표본오차는 95% 신뢰수준에서 ±3.1%p다. 자세한 사항은 중앙선거여론조사심의위원회 홈페이지를 참조하면 된다.  the13ook@newspim.com 2026-02-26 11:51
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[갤럭시 언팩] 베일 벗은 갤S26 [샌프란시스코=뉴스핌] 김정인 기자 = 25일(현지시간) 미국 샌프란시스코 팰리스 오브 파인 아트에서 열린 '갤럭시 언팩 2026' 현장은 행사 시작과 동시에 환호로 가득 찼다. 갤럭시를 상징하는 사각별이 대형 스크린에 떠오르자 객석 곳곳에서 함성이 터졌고, 노태문 삼성전자 디바이스경험(DX)부문장 사장이 무대에 오르자 분위기는 한층 고조됐다. 삼성전자는 이날 갤럭시 S26 시리즈를 공개하며 이를 '3세대 스마트폰'으로 규정했다. 핵심은 '에이전틱 인공지능(AI)'이다. 사용자의 명령을 기다리는 기기를 넘어, 맥락을 이해하고 먼저 예측·제안·행동하는 '행동하는 AI'로의 전환을 공식화했다. [샌프란시스코=뉴스핌] 김정인 기자 = 노태문 삼성전자 DX부문장 사장이 26일(현지시간) 미국 샌프란시스코에서 열린 '갤럭시 언팩 2026' 발표를 마치고 참석자들과 기념사진을 촬영하고 있다. 2026.02.26 kji01@newspim.com [샌프란시스코=뉴스핌] 김정인 기자 = 노태문 삼성전자 DX부문장 사장(가운데)이 26일(현지시간) 미국 샌프란시스코에서 열린 '갤럭시 언팩 2026' 행사에서 발표자들과 기념사진을 촬영하고 있다. 2026.02.26 kji01@newspim.com 노 사장은 "모든 획기적인 기술은 처음에는 경이로움으로 등장하지만, 역사를 바꾸는 기술은 인프라가 되면서 조용히 배경으로 스며든다"며 "AI가 지금 바로 그 지점에 서 있다"고 말했다. 이어 "AI는 누구나, 어디서나, 별도의 전문 지식 없이 작동해야 한다"며 "여러분이 인식하기도 전에 필요를 예측하는 스마트폰, 습관을 학습하고 실시간으로 적응하는 스마트폰, 여러분을 대신해 행동하는 스마트폰. 이것이 바로 에이전틱 AI 폰"이라고 강조했다. [샌프란시스코=뉴스핌] 김정인 기자 = 노태문 삼성전자 DX부문장 사장(가운데)이 26일(현지시간) 미국 샌프란시스코에서 열린 '갤럭시 언팩 2026' 행사에서 발표를 하고 있다. 2026.02.26 kji01@newspim.com ◆ 행사장 가득 채운 'AI 인프라' 선언 이날 행사에는 북미를 비롯해 유럽·아시아 등 세계 각지에서 온 미디어와 인플루언서, 파트너 등 1400여 명이 참석했다. 행사 시작 1시간 전부터 입구에는 긴 줄이 형성됐고, 참석자들은 스마트폰을 꺼내 들고 무대 연출을 촬영하거나 체험존 동선을 확인하느라 분주했다. 동서양을 막론하고 관람객들은 새로 공개된 기기를 직접 체험하기 위해 발걸음을 재촉했다. 삼성전자는 갤럭시 S26 울트라를 활용해 '갤럭시 언팩 2026' 행사를 촬영했다. [사진=공동취재단] [샌프란시스코=뉴스핌] 김정인 기자 = 26일(현지시간) 미국 샌프란시스코에서 열린 '갤럭시 언팩 2026' 현장. 2026.02.26 kji01@newspim.com [샌프란시스코=뉴스핌] 26일(현지시간) 미국 샌프란시스코에서 열린 '갤럭시 언팩 2026'에 참석한 인파의 모습. 김정인 기자 = 2026.02.26 kji01@newspim.com [샌프란시스코=뉴스핌] 김정인 기자 = 케데헌을 연출한 글로벌 영화 감독 매기 강(Maggie Kang)이 26일(현지시간) 미국 샌프란시스코에서 열린 '갤럭시 언팩 2026'에 참석한 모습. 2026.02.26 kji01@newspim.com 삼성전자는 이번 무대를 글로벌 영화 감독 매기 강과 협업해 연출했다. 매기 강은 넷플릭스 애니메이션 영화 '케이팝 데몬 헌터스(KPop Demon Hunters)'를 연출한 차세대 크리에이터로, 이번 언팩에서는 크리에이티브 자문으로 참여했다. 행사 기획 단계부터 발표 메시지 구성, 초청장 콘셉트, 무대 연출 요소 등 전반적인 스토리텔링에 관여했다는 설명이다. ◆ '프라이버시 디스플레이' 시연에 박수 이날 가장 큰 반응이 터진 순간 중 하나는 '프라이버시 디스플레이' 시연이었다. 측면에서 화면이 보이지 않도록 제어하는 장면이 공개되자 객석에서는 박수와 환호가 이어졌다. 50대 미국인 남성 스태프는 "미국은 대중교통 이용이 상대적으로 덜하긴 하지만 회사나 차량 이동 중 타인의 시선이 부담스러운 상황은 많다"며 "보호 필름처럼 화면이 어두워지지 않으면서 사생활을 지킬 수 있다는 점에서 혁신적"이라고 평가했다. [샌프란시스코=뉴스핌] 김정인 기자 = 26일(현지시간) 미국 샌프란시스코에서 열린 '갤럭시 언팩 2026' 현장의 모습. 프라이버시 디스플레이존에 인파가 몰려있다.2026.02.26 kji01@newspim.com [샌프란시스코=뉴스핌] 김정인 기자 = 26일(현지시간) 미국 샌프란시스코에서 열린 '갤럭시 언팩 2026' 현장. 2026.02.26 kji01@newspim.com 에이전틱 AI에 대한 반응도 이어졌다. 삼성 멤버십 프로그램을 통해 행사에 참석한 20대 한국 남성은 "AI가 알아서 행동한다고 생각하면 어렵지 않다"며 "실생활에서 바로 쓰일 것 같고 경쟁사 대비 앞선 느낌이 강하다"고 말했다. 미국 조지아에서 온 삼성 멤버십 참가자는 "나이토그래피는 인플루언서에게 게임체인저가 될 수 있다"며 "작은 스마트폰 하나로 전문가급 영상 촬영이 가능하다는 점이 큰 매력"이라고 밝혔다. 또 다른 20대 미국인 여성 스태프는 "현장에서 나우 넛지 기능은 특히 고령층이나 활동이 어려운 사용자에게도 유용할 것이라는 이야기가 많다"고 전했다. [샌프란시스코=뉴스핌] 김정인 기자 = 26일(현지시간) 미국 샌프란시스코에서 열린 '갤럭시 언팩 2026'에 전시된 갤럭시 S26 시리즈의 모습. 2026.02.26 kji01@newspim.com [샌프란시스코=뉴스핌] 김정인 기자 = 26일(현지시간) 미국 샌프란시스코에서 열린 '갤럭시 언팩 2026'에 전시된 갤럭시 버즈4 시리즈의 모습. 2026.02.26 kji01@newspim.com ◆ '3세대 스마트폰' 비전 공식화 이번 언팩은 AI를 전면에 내세워 '3세대 스마트폰'의 방향성을 공식화한 자리였다. 노 사장은 "AI는 인프라가 되어야 한다"며 "더 많은 사람에게 접근 가능해야 하고(Reach), 누구나 보편적으로 사용할 수 있도록 열려 있으며(Openness), 신뢰를 기반으로 작동해야 한다(Confidence)"고 강조했다. 이어 "보안과 프라이버시를 기본값으로 설계한 AI만이 일상의 기반이 될 수 있다"며 "갤럭시는 책임 있는 AI 경험을 통해 모바일의 다음 단계를 열어가겠다"고 했다. [샌프란시스코=뉴스핌] 김정인 기자 = 노태문 삼성전자 DX부문장 사장(가운데)이 26일(현지시간) 미국 샌프란시스코에서 열린 '갤럭시 언팩 2026' 행사에서 발표를 하고 있다. 2026.02.26 kji01@newspim.com kji01@newspim.com 2026-02-26 07:45
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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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