공통수학2 · 집합과 명제
💬 발문 — 학생 의견 듣기📄 학습지 4-01 [생각 틔우기] 우리 반을 나눠 보자

🙋 우리 반을 나눠 보자

아래 기준으로 우리 반 학생을 나누려고 합니다. 모임이 분명하게 정해지는 것과 사람마다 답이 갈리는 것을 구분해 보세요. 기준마다 버튼을 눌러 판단합니다.

 기준분명 / 애매
애매한 기준을 고쳐 봅시다

‘애매하다’고 답한 기준은 말을 바꾸면 분명해집니다. 어떻게 고칠 수 있을까요?

  • 키가 큰 학생 → 키가 170 cm 이상인 학생  기준값을 정해 준다
  • 노래를 잘하는 학생 → 교내 가창 평가 90점 이상인 학생  잴 수 있는 것으로 바꾼다

공통점은 “누가 판단해도 답이 같아지도록” 만들었다는 것입니다.

그렇다면 — 어떤 모임이 ‘집합’이 되기 위해 꼭 필요한 것은 무엇일까요? 아래 기록칸에 한 문장으로 적어 보세요.
스스로 정리하기
📖 교과서를 펴는 화면📄 학습지 4-01 [스스로 정리하기] 교과서 65~66쪽
📖교과서 65~66쪽 — 용어의 뜻을 함께 채웁니다. 앞 화면의 판단이 그대로 정의가 됩니다.

집합이란 무엇인가

어떤 기준에 따라 대상을 분명하게 정할 수 있는 모임 → 집합

‘분명하게’ 가 핵심입니다. 누가 판단해도 답이 같아야 집합입니다.

용어뜻
집합대상을 분명하게 정할 수 있는 모임
원소집합을 이루는 하나하나의 대상
a ∈ Aa 는 집합 A 의 원소이다  a 는 A 에 속한다
b ∉ Bb 는 집합 B 의 원소가 아니다
유한집합원소가 유한개인 집합  예) {1, 2, 5, 10}
무한집합원소가 무수히 많은 집합  예) 자연수 전체의 집합
공집합 ∅원소가 하나도 없는 집합. n(∅) = 0
n(A)유한집합 A 의 원소의 개수
주의 — ∅ 와 {∅} 는 다릅니다. ∅ 는 빈 상자, {∅} 는 빈 상자가 하나 들어 있는 상자. 그래서 n(∅) = 0, n({∅}) = 1 입니다.
집합을 나타내는 방법
🖥 보여주며 조작📄 학습지 4-01 Q1 세 가지 방법으로 나타내기

같은 집합, 세 가지 옷

‘10의 약수의 집합 A’ 를 세 가지 방법으로 나타내 봅시다. 아래에서 집합을 바꿔 가며 어떤 방법이 편한지 비교해 보세요.

방법언제 편리한가
원소나열법원소가 적을 때. 무엇이 들어 있는지 한눈에 보인다.
조건제시법원소가 아주 많거나 규칙이 있을 때. 100 이하의 5의 배수를 다 쓰기는 힘들다.
벤 다이어그램집합 사이의 관계(포함·겹침)를 보고 싶을 때.
연습하기
✍️ 학생이 직접 푸는 화면📄 학습지 4-01 ■[연습하기] 다음 중 집합인 것

이 모임은 집합일까?

다음 중 집합인 것을 모두 찾고, 집합인 것은 원소를 모두 써 봅시다. 각 줄에서 집합 / 집합 아님을 눌러 판단하세요.

 모임집합인가?
원소까지 확인하기
모임집합?원소
(1) 20보다 작은 소수의 모임○2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19
(2) 우리나라의 큰 강의 모임ב큰’ 의 기준이 없다
(3) 12의 약수의 모임○1, 2, 3, 4, 6, 12
(4) √2 에 가까운 유리수의 모임ב가깝다’ 의 기준이 없다

(2)·(4) 도 기준을 정해 주면 집합이 됩니다. 예) 길이가 400 km 이상인 강 / |x − √2| < 0.01 인 유리수 x.

원소의 개수
✍️ 학생이 직접 푸는 화면📄 학습지 4-01 Q2 원소의 개수 n(A)

n(A) 를 구해 보자

다음 집합의 원소의 개수 n(A) 를 구하시오. 먼저 스스로 세어 본 뒤 열어 확인하세요.

집합n(A)이유
A = { x | x 는 24의 약수 } 1, 2, 3, 4, 6, 8, 12, 24
A = { x | x2 + 1 = 0 인 실수 } 실수 범위에서 해가 없다 → A = ∅
A = { ∅ } 원소가 ∅ 하나 들어 있다
A = { x | x 는 100 이하의 5의 배수 } 5 × 1 부터 5 × 20 까지
두 번째와 세 번째를 나란히 보세요. ∅ 는 원소가 0개, { ∅ } 는 원소가 1개입니다. 이 차이가 시험에 자주 나옵니다.
탐구 · 부분집합
🖥 보여주며 조작📄 학습지 4-01 ■[탐구] 전체집합의 일부분, 부분집합

🔴 당신은 포켓몬 트레이너!

오박사 센터 U(전체집합) = { 피카츄, 파이리, 꼬부기, 이상해씨 }. 기호로는 피카츄 = a, 파이리 = b, 꼬부기 = c, 이상해씨 = d 입니다.

[부분집합] 함께할 포켓몬을 원하는 만큼 선택하세요. 선택하지 않아도 됩니다. 몇 가지 조합이 나올까요?
찾은 조합 0 / 16
[진부분집합] 이번에는 오박사 센터에 적어도 한 마리를 남기고 출발하는 멤버를 꾸려 봅시다.

넷을 모두 데려가는 조합만 빼면 됩니다. 그래서 16 − 1 = 15 가지. 이렇게 자기 자신을 뺀 부분집합을 진부분집합이라 합니다.

개념 정리
📖 교과서를 펴는 화면📄 학습지 4-01 [개념 정리] 교과서 68쪽
📖교과서 68쪽 — 부분집합 · 서로 같은 집합 · 진부분집합. ⊂ 와 ∈ 의 차이를 꼭 짚습니다.

부분집합 · 서로 같은 집합 · 진부분집합

용어뜻
부분집합
A ⊂ B
A 의 모든 원소가 B 에 속한다. ∅ 과 자기 자신도 항상 부분집합이다.
서로 같은 집합
A = B
A ⊂ B 이고 B ⊂ A. 원소가 완전히 같다.
진부분집합 A ⊂ B 이면서 A ≠ B. 자기 자신은 뺀다.
⊂ 와 ∈ 은 무엇이 다를까?

A = { 1, 2, 3 } 일 때

  • 1 ∈ A — 1 은 원소다. 원소와 집합 사이의 기호가 ∈.
  • { 1 } ⊂ A — { 1 } 은 집합이다. 집합과 집합 사이의 기호가 ⊂.
  • 1 ⊂ A (×), { 1 } ∈ A (×) — 둘 다 잘못된 표기.

왼쪽이 낱개면 ∈, 왼쪽이 묶음이면 ⊂ 이라고 기억하세요.

∅ ⊂ A 는 항상 참입니다. “∅ 의 모든 원소가 A 에 속한다” 인데, ∅ 에는 원소가 하나도 없으므로 어길 원소 자체가 없기 때문입니다.
예제 1
✍️ 학생이 직접 푸는 화면📄 학습지 4-01 [예제1] {1,2,3} 의 부분집합·진부분집합

[예제 1] 집합 A = { 1, 2, 3 } 의 부분집합

원소마다 넣는다(○) / 안 넣는다(×) 두 갈래로 갈립니다. 표의 ○ × 를 눌러 바꿔 가며 8가지를 모두 만들어 보세요.

123그때의 부분집합
답

부분집합 (8개) : ∅, {1}, {2}, {3}, {1,2}, {1,3}, {2,3}, {1,2,3}

진부분집합 (7개) : 위에서 {1,2,3} 을 뺀 나머지

원소가 3개 → 갈림길이 3번 → 2 × 2 × 2 = 23 = 8 가지.

개수 세기
✍️ 학생이 직접 푸는 화면📄 학습지 4-01 Q5 A = {1,2,3,4,5} 의 개수

A = { 1, 2, 3, 4, 5 } 일 때

다음을 구하고, 구한 방법을 함께 적어 봅시다. 스스로 세어 본 뒤 열어 확인하세요.

구하는 것개수생각하는 방법
부분집합의 개수 원소 5개가 각각 ○ × 두 갈래 → 25
진부분집합의 개수 자기 자신 하나를 뺀다 → 25 − 1
3 을 반드시 포함하는 부분집합 3 은 넣기로 고정. 나머지 4개만 갈린다 → 24
1 을 포함하지 않는 부분집합 1 은 빼기로 고정. 나머지 4개만 갈린다 → 24
고정하면 갈림길이 줄어든다 — 이것이 개수 문제의 핵심입니다. “반드시 포함”이든 “포함하지 않음”이든, 그 원소는 갈리지 않으므로 지수에서 빠집니다.
일반화
🖥 보여주며 조작📄 학습지 4-01 Q6 원소가 n 개일 때

원소가 n 개라면?

원소마다 넣는다 / 안 넣는다 두 갈래. 원소가 n 개면 갈림길이 n 번이므로 2 를 n 번 곱한 만큼입니다.

부분집합의 개수 = 2n   /   진부분집합의 개수 = 2n − 1
왜 −1 일까?

진부분집합은 자기 자신을 뺀 부분집합이므로, 모든 원소를 다 넣은 경우 딱 하나만 제외합니다. 그래서 −1 입니다. ∅ 은 진부분집합에 그대로 포함됩니다 (A 가 공집합이 아닐 때).

개념 확장 탐구
💬 발문 — 학생 의견 듣기📄 학습지 4-01 [스스로 익히기] 교과서 69쪽

🔭 더 넓게, 더 깊게

A = { 1, 2, 3, 4, 5, 6 } 에 대하여 조건을 겹쳐 보세요. 조건 하나마다 원소 하나가 고정됩니다.

규칙
고정된 원소 k 개
→ 남은 갈림길 (6 − k) 번
→ 개수 26−k
더 생각해 볼 것
  • ‘1 또는 2 를 포함하는’ 부분집합은 몇 개일까요? 전체에서 ‘둘 다 없는’ 것을 빼 보세요.
  • 원소가 n 개인 집합의 부분집합을 모두 모으면, 그 자체로 또 하나의 집합이 됩니다. 원소가 몇 개일까요?
  • 교과서 69쪽 문제를 해결하고, 막힌 곳을 아래에 적어 두세요.
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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