공통수학2 · 명제 활용

범인을 찾아라!

[속보] 지난 17일 오후, 역사박물관에서 18세기 청화 백자 한 점이 사라졌다. 경찰은 CCTV와 목격자 진술로 용의자를 4명으로 압축했다. 네 사람은 다음과 같이 진술했으며, 모두 진실만을 말했다고 한다.
용의자 A용의자 B용의자 C용의자 D
“범인은 2명이에요.” “내가 범인이라면 A도 범인입니다.” “내가 범인이 아니라면 A도 범인이 아니에요.” “B가 범인이 아니라면 나도 범인이 아닙니다.”
말장난 같지만, 명제와 대우를 쓰면 범인이 정확히 결정됩니다. 감이 아니라 논리로 찾아봅시다!
1단계 · 번역

증언을 명제로 옮기기

먼저 기호를 정합니다.

p: A가 범인이다  ·  q: B가 범인이다  ·  r: C가 범인이다  ·  s: D가 범인이다
사람말한 내용명제로
B내가 범인이라면 A도 범인q ⟹ p
C내가 범인이 아니라면 A도 아님~r ⟹ ~p
DB가 범인이 아니라면 나도 아님~q ⟹ ~s
A범인은 2명(인원수 조건)

일상 언어를 기호로 바꾸는 것 — 이것이 수학적 모델링의 첫걸음입니다.

2단계 · 대우

대우로 방향을 맞추기

C와 D의 증언은 부정(~)이 붙어 방향이 어긋나 있습니다. 대우를 취하면 (참·거짓이 그대로이므로) 화살표를 같은 방향으로 이어 붙일 수 있어요.

원래 증언대우
~r ⟹ ~p  (C)p ⟹ r
~q ⟹ ~s  (D)s ⟹ q
q ⟹ p  (B)그대로 사용

이제 세 화살표를 이어 봅시다.

s  ⟹  q  ⟹  p  ⟹  r
연쇄의 의미 — D가 범인이면 B도 범인, B가 범인이면 A도 범인, A가 범인이면 C도 범인. 즉 뒤쪽 사람이 범인이면 앞쪽이 줄줄이 딸려옵니다.
그러므로 범인의 조합은 뒤에서부터 잘라낸 꼬리 형태만 가능해요: { } , {r} , {r,p} , {r,p,q} , {r,p,q,s}. → 범인이 2명이면 답은 하나!
3단계 · 직접 찾기

카드를 눌러 범인을 지목하세요

이름 카드를 눌러 범인/무죄를 바꿔 보세요. 네 증언이 모두 참이 되는 조합을 찾으면 성공!

정리

논리로 결론에 이르는 길

  1. 번역 — 일상 문장을 명제 기호(p, q, ~, ⟹)로 옮긴다.
  2. 대우 — 방향이 어긋난 명제는 대우로 바꾼다(참·거짓 그대로!).
  3. 연쇄 — 화살표를 이어 s ⟹ q ⟹ p ⟹ r 처럼 정렬한다.
  4. 조건 적용 — 인원수 같은 추가 조건으로 답을 하나로 좁힌다.
정답 — 범인이 2명이면 A와 C, 1명이면 C. 느낌이나 다수결이 아니라, 대우라는 도구 하나로 결론이 유일하게 정해졌습니다.

이런 추론은 법정·의학 진단·프로그램 검증·AI 판단 근거 등 현실의 결정에 그대로 쓰입니다. 명제를 배우는 이유가 여기에 있어요.

아래 ‘내 생각 적기’ 칸에, (1) C와 D의 증언을 대우로 바꾼 과정과 (2) 왜 범인이 A와 C 로 유일하게 결정되는지 연쇄 s⟹q⟹p⟹r 를 이용해 설명해 보세요.

확장 탐구

🔭 더 넓게, 더 깊게

배운 것을 옆으로(다른 분야와 잇기) 그리고 아래로(더 근본적인 이유로) 넓혀 봅시다. 정답을 맞히는 시간이 아니라 생각을 키우는 시간이에요.

↔ 수평 확장 · 어디에 쓰일까

이런 추론을 자동으로 해 주는 프로그램을 SAT 솔버라 합니다. 스도쿠 풀이, 시간표 짜기, 반도체 회로 검증, 항공기 스케줄링이 모두 ‘조건을 모두 만족하는 조합 찾기’로 바뀌어 컴퓨터가 풉니다.

↕ 수직 확장 · 더 근본으로

우리가 한 일은 ① 자연어를 명제로 번역 ② 대우로 정규화 ③ 연쇄로 정렬 ④ 제약으로 좁히기 였습니다. 이 절차를 기계가 하도록 형식화한 것이 자동 정리 증명이고, 오늘날 AI의 논리 추론 엔진으로 이어집니다.

🧗 도전 질문
만약 용의자 중 한 명이 거짓말을 하고 있다면 어떻게 될까요? 누가 거짓말쟁이인지 모른다고 할 때, 가능한 경우를 어떻게 체계적으로 따져볼 수 있을지 방법을 설계해 보세요.

막히면 ‘AI 질문’ 탭에서 힌트를 얻어도 좋아요. 생각한 내용은 아래 기록칸에 남겨 보세요. 공책에 쓴 것을 사진으로 올려도 됩니다.

마무리

✍️ 오늘 수업 자유 기록

오늘 수업에서 새로 알게 된 것, 아직 헷갈리는 것, 더 알고 싶은 것을 아래 기록칸에 자유롭게 남겨 보세요. 짧아도 좋습니다.

글로 써도 되고, 공책에 쓴 것을 사진으로 찍어 올려도 됩니다. 선생님은 이 기록을 읽고 다음 수업을 준비합니다.
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