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분야 | 함수와 규칙성 |
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교과단원 | 중등 1학년 〈함수〉, 고등 1학년 〈함수〉 |
사다리타기를 할 때 친구가 선택한 것을 내가 다시 뽑는 경우는 없나요? 그리고 이것도 함수라고 하던데 왜 그런가요?
사다리타기는 여러분들이 적어도 한 번은 해 본 놀이일 것입니다. 자 그럼 철수, 영희, 지원, 아람, 지호, 영수 이렇게 다섯 명의 친구들이 사다리를 타서 각자가 뽑은 돈을 내기로 했습니다.
그런데 이때까지 사다리타기 게임을 하면서도 그 속에 수학적 내용이 숨어 있으리라고는 생각지 못했을 것입니다. 그러나 사다리타기를 하면서 ‘다른 친구가 이미 선택한 항목에 중복해서 내가 선택될 수는 없을까?’, ‘내가 유리하도록 사다리를 만드는 방법이 없을까?’ 하는 의문은 누구나 한 번쯤 가져 보았을 것입니다. 함수를 알면 이와 같은 의문은 쉽게 풀립니다. 그리고 짓궂은 장난을 좋아하는 친구들이 비스듬한 선을 그리거나 세로선을 건너뛰어 그리는 등 마치 엉터리 같은 사다리를 만들어 곤혹스럽게 하는 경우가 종종 있는데, 그런 사다리도 아무 문제가 없이 게임을 진행할 수 있을까? 이 해답도 역시 함수로 풀 수 있습니다. 사다리 타기는 일대일 대응의 함수로서 어떻게 선을 연결한다고 하더라도 결코 겹치지 않고 한 사람이 한 개를 선택하는 함수입니다. 함수란 A 하나에 B 하나가 정확히 대응되고 A와 B의 관계가 일정한 규칙이 있는 것을 말합니다.
이 사다리타기를 함수 관계로 나타내면 다음과 같습니다.
f : X → Y, y = f(x)
이 사다리의 연결 상태를 보면 A에는 c, B에는 d, C에는 e, D에는 a, E에는 b, F에는 f가 연결되어 있습니다. 이것을 다이어그램으로 나타내면 아래 그림과 같습니다.
또 함수식으로 쓰면 다음과 같습니다.
f(A) = c
f(B) = d
f(C) = e
f(D) = a
f(E) = b
f(F) = f
또 당첨 금액을 나타내면 이렇게 되겠죠?
f(A) = 0
f(B) = 100
f(C) = 400
f(D) = 500
f(E) = 300
f(F) = 200
자 어떤가요? 사다리타기는 함수이지요?
힐베르트 호텔
“아무리 많은 분이 오셔도 좋습니다. 항상 방은 준비되어 있습니다.”
지구가 아닌 무한한 우주에 위치한 ‘힐베르트 호텔’의 광고이다. 이 호텔에는 무한개의 객실이 있다. 어느 날 한 손님이 호텔로 찾아왔는데 객실이 무한개가 있음에도 불구하고 방마다 모두 투숙객들이 들어 있었으므로 빈방을 내줄 수가 없었다. 그런데 호텔 종업원인 힐베르트는 잠시 생각하던 끝에 새로 온 손님에게 빈방을 마련할 수 있노라고 호언장담을 했다. 그는 객실로 올라가 모든 투숙객들에게 정중하게 부탁을 했다. “죄송하지만 손님들께서는 옆방으로 한 칸씩만 이동해 주시기 바랍니다.” 투숙객들이 모두 옆방으로 옮겨 갔으므로, 새로 온 손님은 비어 있는 1호실로 들어갈 수 있었다. 무한대에 1을 더해도 여전히 무한대임을 알 수 있다.
그런데 다음 날 무한대의 손님들이 새로 도착한 것이다. 객실은 모두 차 있었다. 힐베르트는 이번에도 당황하지 않고 곧 객실에 안내 방송을 했다. “손님 여러분, 죄송하지만 현재 묵고 계신 객실 번호에 2를 곱하셔서, 그 번호에 해당되는 객실로 모두 옮겨 주시면 감사하겠습니다.” 이리하여 1호실 손님은 2호실로, 2호실 손님은 4호실로, 3호실 손님은 6호실로, ···, 이렇게 해서 모든 객실 손님들이 이동을 하고 나니, 어느새 호텔에는 1호실, 3호실, 5호실, 7호실, 9호실, ··· 등 모든 홀수 번호의 무한개의 빈 객실이 생겼다. 힐베르트의 호텔에 새로 도착한 무한대의 손님들은 홀수 번호가 붙어 있는 무한개의 객실로 모두 배정되었다. 이렇게 무한대에 2를 곱해도 여전히 무한대임을 알 수 있다.
이 이야기는 독일의 수학자 힐베르트(David Hilbert; 1862~1942)가 만들어 낸 예로써 무한대가 갖고 있는 신비한 성질을 잘 보여 준다.
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중, 고등 수학 교과서를 꿰뚤는 모든 질문에 답하다! 전국수학교사모임 선생님과 여러 현직 선생님들이 던진 수학에 대한 101가지 기발한 질문과 그에 대한 답변들을 소개..펼쳐보기
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[Daum백과] 사다리타기도 함수라고 할 수 있나요? – 101가지 중고등수학 질문사전, 이동흔, 북멘토
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