공통수학2 · 집합과 명제
💬 발문 — 학생 의견 듣기📄 학습지 5 · 2-01 [생각 열기] 지구는 평평한가? 1·2단계

🌍 지구는 평평한가?

아래는 어떤 사람이 쓴 주장 글의 일부입니다. 숨겨진 진실과 거짓을 밝혀 봅시다.

(A) 우리 눈에 보이는 지평선은 언제나 완벽한 직선을 이루고 있다. (B) 이것은 지구가 거대한 평면이라는 가장 확실한 증거가 아닐까? (D) 구체론자들은 월식 때의 둥근 그림자를 증거로 내세운다. (F) 구체론의 가장 큰 맹점은 바로 ‘아래’의 문제이다. (I) 중력이라는 힘이 우리를 붙잡고 있는 것은 사실이다. (J) 이 힘은 평평한 땅의 ‘아래’ 방향으로만 작용한다. (L) 이 사실을 받아들이는 것은 매우 용기가 필요한 일이다. (M) 이제부터 거짓 지식에서 벗어나 진실을 마주하자.
[1단계] 내용이 맞았는지 틀렸는지는 아직 묻지 않습니다. 오직 “이 문장은 참인지 거짓인지가 정해지는 문장인가?” 만 판단하세요.
 문장따질 수 있다 / 없다
[2단계] ‘따질 수 있다’고 답한 문장만 모아, 이제 참인지 거짓인지 판정해 봅시다.
문장참/거짓까닭
(A)거짓멀리 볼수록 수평선은 완만하게 휘어 있다
(D)참실제로 그런 주장을 한다 — 사실 서술
(I)참중력은 실재한다
(J)거짓중력은 지구 중심 방향으로 작용한다

(B)는 물음, (F)·(L)은 ‘맹점·용기’ 같은 판단어, (M)은 권유 — 모두 참·거짓이 정해지지 않습니다.

생각 열기 · 3단계
💬 발문 — 학생 의견 듣기📄 학습지 5 · 2-01 [생각 열기] 3단계

참 + 거짓 = ?

글쓴이는 (I)와 (J)를 나란히 놓고 “따라서”라며 (K)를 내밀었습니다.

(I) 중력이라는 힘이 우리를 붙잡고 있는 것은 사실이다.  참
(J) 이 힘은 평평한 땅의 ‘아래’ 방향으로만 작용한다.  거짓
─────────────────
(K) 따라서 지구는 평평하며, 중력은 우리를 그 평면 아래로 잡아당기고 있다.

(1) 이때 결론 (K)에 대해 말할 수 있는 것은?

(2) 글쓴이가 참인 문장 (I)를 굳이 인정하고 넘어간 이유는?

참인 문장을 하나 끼워 넣으면 글 전체가 믿을 만해 보입니다. 이것이 잘못된 주장이 퍼지는 가장 흔한 방법이에요.

(3) 그렇다면 참인 결론을 얻으려면?
전제가 모두 참이어야 하고, 전제에서 결론으로 가는 연결도 옳아야 합니다. 그 연결을 따지는 도구가 바로 이번 단원에서 배울 명제입니다.

다음 시간 예고 — “가정이 거짓이면 결론은 어떻게 되는가”는 2-02 명제 사이의 관계에서 p → q 로 정확히 다룹니다.
명제란 무엇인가
📖 교과서를 펴는 화면📄 학습지 5 · 2-01 Q1·Q2 · 교과서 83쪽
📖교과서 83쪽 — 명제의 뜻을 함께 찾습니다. 앞 화면의 1단계가 그대로 정의가 됩니다.

명제란?

참, 거짓을 명확하게 판별할 수 있는 문장이나 식 → 명제

다음 중 명제가 아닌 것을 찾고, 명제이면 참·거짓을 판별해 봅시다. 각 줄에서 버튼을 눌러 판단하세요.

문장판단
Q2. 명제가 아니지만 ‘논의를 할 만한’ 문장은?

‘운동장은 매우 넓다.’ 입니다. ‘넓다’의 기준이 없어 명제가 아니지만, 기준을 정하면 명제가 됩니다. 예) ‘운동장의 넓이는 5000 m² 이상이다.’

한편 x² = 4, 3x + 1 < 4x, ‘x는 3과 5의 최소공배수이다’ 는 문자를 포함해 x 값에 따라 참·거짓이 갈립니다. 이런 것을 조건이라 합니다. 다음 화면에서 이어집니다.

‘두 홀수의 합은 항상 짝수’ 는 참인 명제입니다. 그런데 왜 참일까요? 이 문장은 2-03 명제의 증명에서 직접 증명합니다.
조건과 진리집합
🖥 보여주며 조작📄 학습지 5 · 2-01 Q3·Q4 · 교과서 83쪽

조건 → 진리집합

문자를 포함하는 문장이나 식이 문자의 값에 따라 참·거짓이 정해질 때, 이를 조건이라 합니다. 전체집합 U의 원소 중 그 조건을 참이 되게 하는 모든 원소의 집합이 진리집합입니다.

전체집합 U = { x | x 는 10 이하의 자연수 } 로 통일합니다. 아래 조건을 눌러 진리집합을 확인해 보세요.
교과서 본문 예시
  • 자연수 전체의 집합에서 조건 ‘p : x 는 16의 약수이다’ 의 진리집합은 P = { 1, 2, 4, 8, 16 }
  • 조건 ‘q : x 는 10 이하의 짝수이다’ 의 진리집합은 Q = { x | x 는 10 이하 짝수 } = { 2, 4, 6, 8, 10 }
Q4. 집합들 사이의 관계는?

①과 ②가 서로 여집합, ③과 ④도 서로 여집합입니다. U 안에서 두 집합을 합치면 U 가 되고, 겹치는 부분은 없습니다.

조건 p 의 진리집합이 P 이면, ~p 의 진리집합은 Pc
부정
📖 교과서를 펴는 화면📄 학습지 5 · 2-01 [스스로 정리하기] · 교과서 83~84쪽

부정 ~p 와 여집합

용어뜻
명제참, 거짓을 명확하게 판별할 수 있는 문장이나 식
조건문자를 포함하는 문장이나 식이 그 문자의 값에 따라 참, 거짓이 정해질 때 그 문장이나 식
진리집합전체집합 U 의 원소 중에서 어떤 조건이 참이 되게 하는 모든 원소의 집합
부정명제 또는 조건 p 에 대하여 ‘p 가 아니다’ — 기호로 ~p (not p)

명제 또는 조건 p 에 대하여 ‘p 가 아니다’를 p 의 부정이라 하고 ~p (not p) 로 씁니다.

원래 조건 p부정 ~p
x > 2x ≤ 2  ‘크지 않다’ 는 ‘작거나 같다’
x = 3x ≠ 3
√2 는 무리수이다√2 는 무리수가 아니다 (거짓)
~(~p) 는 p — 두 번 부정하면 제자리로
전체집합 U 에서 ~p 가 참이 되게 하는 원소는 P 의 원소가 아닌 것들입니다. 그래서 ~p 의 진리집합 = Pc 입니다.
탐구 · 연결한 조건의 부정
🖥 보여주며 조작📄 학습지 5 · 2-01 [탐구하기] · 교과서 85쪽 [역량 키우기]

‘그리고’와 ‘또는’ 을 부정하면

자연수 전체에서 두 조건 p : x 는 6의 약수, q : x 는 8의 약수 를 생각합시다. P = {1, 2, 3, 6}, Q = {1, 2, 4, 8} 입니다.

‘p 그리고 q’ 의 부정 = ‘~p 또는 ~q’
‘p 또는 q’ 의 부정 = ‘~p 그리고 ~q’
실수 전체에서 한 번 더

조건 p : (x + 2)(x − 4) = 0 의 진리집합은 P = { −2, 4 } 입니다.

이때 부정은 ~p : (x + 2)(x − 4) ≠ 0 이고, 그 진리집합은 Pc = { x | x ≠ −2 이고 x ≠ 4 인 실수 } 입니다.

‘= 0’ 의 부정이 ‘≠ 0’ 이고, ‘−2 또는 4’ 의 부정이 ‘−2 도 아니고 그리고 4 도 아니다’ 로 바뀌는 것에 주목하세요.

집합으로 보면 드모르간의 법칙

(P ∩ Q)c = Pc ∪ Qc  ·  (P ∪ Q)c = Pc ∩ Qc
집합에서 배운 그 법칙이 말로 옮겨진 것뿐입니다. ‘또는’의 여집합은 ‘둘 다 아니다’ — 기억나시나요?

상황 열기 · 모든과 어떤
💬 발문 — 학생 의견 듣기📄 학습지 5 · 2-01 [상황 열기] 행사 가격표

🍔 이 홍보문, 믿어도 될까?

어느 햄버거 가게의 행사 기간 가격표입니다. 아래 두 홍보문이 적절한지 판단해 봅시다.

세트 메뉴정가행사가할인액
불고기버거 세트8,9004,9004,000
새우버거 세트9,5004,9004,600
치즈버거 세트7,4004,9002,500
치킨버거 세트8,2005,9002,300
여는 질문 — 문자가 포함된 조건이 명제가 되려면 무엇이 필요할까요?

조건 p : x ≥ 2 는 x 값에 따라 참·거짓이 바뀌므로 명제가 아닙니다. 그런데

  • ① 모든 자연수 x 에 대하여 x ≥ 2 이다. → 참인 명제
  • ② 어떤 실수 x 에 대하여 x ≥ 2 이다. → 참인 명제

조건에 ‘모든 / 어떤’ 과 ‘범위(전체집합)’ 를 붙이면 참·거짓이 정해집니다. 즉 명제가 됩니다.

모든과 어떤의 참·거짓
🖥 보여주며 조작📄 학습지 5 · 2-01 · 교과서 86쪽 [완성하기]

진리집합으로 판별하기

‘모든 x 에 대하여 p 이다’ → P = U 이면 참
‘어떤 x 에 대하여 p 이다’ → P ≠ ∅ 이면 참

전체집합 U = { 1, 2, 3, 4 } 에서 네 명제를 확인해 봅시다. 명제를 눌러 보세요.

‘모든’은 하나라도 어긋나면 거짓, ‘어떤’은 하나만 맞으면 참입니다. 그래서 ‘모든’을 무너뜨릴 때는 반례 하나면 충분합니다.
예시를 바꾸어 연습하기
✍️ 학생이 직접 푸는 화면📄 학습지 5 · 2-01 [예시를 바꾸어가며 연습하기]

조건을 바꾸어 참인 명제 만들기

명제 1 — ‘모든 실수 x 에 대하여 x² = 4 이다.’

조건 ‘p : x² = 4’ 의 진리집합은 P = { −2, 2 } 이고 U 는 실수 전체입니다. P ≠ U 이므로 이 명제는 거짓입니다. 반례: x = 1 일 때 1 ≠ 4

조건을 바꾸어 참인 명제를 만들어 봅시다. 아래를 눌러 확인하세요.

명제 2 — ‘어떤 실수 x 에 대하여 x² + 3 ≤ 0 이다.’

x² ≥ 0 이므로 x² + 3 ≥ 3 > 0. 진리집합은 P = ∅ 이고, ‘어떤’ 명제는 P = ∅ 이면 거짓입니다.

모든 명제의 부정
💬 발문 — 학생 의견 듣기📄 학습지 5 · 2-01 ‘모든’이 포함된 명제의 부정

🚌 ‘모든’ 을 부정하면?

우리 반 학생들의 통학 수단 조사입니다.

걸어서자동차버스지하철비행기
1655711
명제 (1) ‘우리 반의 모든 학생은 걸어서 등교한다.’ 를 부정하면 무엇이 될까요?

아래 두 문장 중, 부정한 명제에 가까운 쪽을 골라 보세요.

왜 (3)은 아닐까?

‘모든 학생이 걸어서 등교한다’ 가 틀렸다는 말은, ‘모든 학생이 교통수단을 이용한다’ 는 정반대의 주장이 아닙니다.

걸어서 오지 않는 학생이 한 명이라도 있으면 원래 명제는 무너집니다. 그래서 부정은 ‘어떤 학생은 걸어서 등교하지 않는다’ 입니다.

‘모든 x 에 대하여 p’ 의 부정 → ‘어떤 x 에 대하여 ~p’
‘어떤 x 에 대하여 p’ 의 부정 → ‘모든 x 에 대하여 ~p’

진리집합으로 보면 (교과서 86쪽) — ‘P = U’ 의 부정은 ‘P ≠ U’, 즉 Pc ≠ ∅ 이고, ‘P ≠ ∅’ 의 부정은 ‘P = ∅’, 즉 Pc = U 입니다.

연습하기
✍️ 학생이 직접 푸는 화면📄 학습지 5 · 2-01 [연습하기] · 교과서 87쪽 [스스로 익히기]

부정하고, 참·거짓까지

다음 명제의 부정을 말하고, 그것의 참·거짓을 판별하시오. 먼저 스스로 해 본 뒤 여세요.

원래 명제부정부정의 참거짓
(1) 모든 실수 x 에 대하여
   | x − 2 | > 0 이다.
(2) 어떤 실수 x 에 대하여
   x² = x + 1 이다.
까닭

(1) x = 2 일 때 | x − 2 | = 0 이므로 원래 명제는 거짓. 따라서 그 부정은 참입니다. 거짓의 부정은 참

(2) x² − x − 1 = 0 의 판별식 D = 1 + 4 = 5 > 0 이라 실근이 있습니다. 원래 명제가 참이므로 그 부정은 거짓입니다.

생각 키우기
✍️ 학생이 직접 푸는 화면📄 학습지 5 · 2-01 [생각 키우기] 찬우와 지영

🧩 찬우와 지영, 누구의 방법으로?

문제 — 명제 ‘어떤 실수 x 에 대하여 x² − 8x + a ≤ 0’ 이 거짓이 되도록 하는 실수 a 의 값의 범위를 구하시오.
찬우 — 주어진 명제가 거짓이라면, 조건 x² − 8x + a ≤ 0 에 대한 진리집합이 공집합이어야 해. 그러니까…
지영 — 어떤 명제가 거짓이면, 그 명제의 부정은 참이야! 주어진 명제의 부정이 참이라는 사실을 이용해서 풀어 보면…
두 길은 같은 곳에서 만납니다

찬우의 길 — P = ∅ 이려면 x² − 8x + a ≤ 0 을 만족하는 실수가 없어야 합니다. 즉 모든 실수에서 x² − 8x + a > 0. 판별식 D/4 = 16 − a < 0 → a > 16

지영의 길 — 부정은 ‘모든 실수 x 에 대하여 x² − 8x + a > 0’ 이고 이것이 참이어야 합니다. 같은 판별식 조건 → a > 16

답   a > 16

‘어떤 ~ 이다’ 가 거짓 = 진리집합이 공집합 = ‘모든 ~ 이 아니다’ 가 참. 세 표현이 같은 말입니다.

개념 확장 탐구
💬 발문 — 학생 의견 듣기📄 교과서 87쪽 [역량 키우기] 실생활 속 모든·어떤

🔭 더 넓게, 더 깊게

실생활이나 다른 과목에서 ‘모든’ 또는 ‘어떤’ 이 들어간 명제를 만들고, 참·거짓을 판별해 봅시다.

‘모든’ 명제예) 모든 액체는 1기압에서 100 ℃ 에 끓는다. → 거짓 (반례: 에탄올은 78 ℃)
‘어떤’ 명제예) 어떤 나라의 화폐 단위는 유로이다. → 참 (독일·프랑스 등)
더 생각해 볼 것
  • ‘모든’ 명제를 거짓이라 주장하려면 몇 개의 예가 필요한가요? ‘어떤’ 명제는요?
  • ‘우리 반에 안경 쓴 학생이 있다’ 를 부정하면? 집합 단원의 공집합과 연결해 보세요.
  • 광고 문구에서 ‘모든’ 과 ‘어떤’ 이 어떻게 쓰이는지 하나 찾아 적어 보세요.
  • 교과서 85쪽 [스스로 익히기] 1~3번, 87쪽 1~3번을 해결하고 막힌 곳을 아래에 적어 두세요. 85쪽 4번은 ‘p 이면 q 이다’ 문제라 다음 활동에서 풉니다.
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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