전체기사 최신뉴스 GAM
KYD 디데이
산업 생활경제

속보

더보기

[김정호의 4차혁명 오딧세이] '인공지능 시대' 수능 수학이 가야할 길

기사입력 :

최종수정 :

※ 본문 글자 크기 조정

  • 더 작게
  • 작게
  • 보통
  • 크게
  • 더 크게

※ 번역할 언어 선택

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]

 

 

[뉴스핌 베스트 기사]

사진
충청·남부 곳곳 소나기…한낮 33도 [서울=뉴스핌] 송은정 기자 = 화요일인 18일은 충청권과 남부지방 중심으로 곳곳에서 소나기가 내릴 전망이다. 이날 기상청과 케이웨더에 따르면 중부지방 구름이 많겠으나 남부지방과 제주도가 대체로 흐리겠다. 오전에는 경상권과 전남 남해안 중심으로 비가 오고 오후에는 충청권과 남부지방 중심으로 소나기가 내리겠다. 화요일인 18일은 경남 남해안 중심으로 비가 내리고 모레 오후까지 소나기와 돌풍, 천둥·번개에 유의해야겠다. [사진=뉴스핌DB] 예상 강수량은 대전·충남 남부내륙, 충북 남부 5~30mm다. 전북 남동부와 광주·전남은 5~30mm, 부산·울산·경남·대구·경북 남부는 5~30mm다. 아침 최저기온은 21~25도로 예상된다. ▲서울 24도 ▲인천 24도 ▲수원 23도 ▲춘천 23도 ▲강릉 23도 ▲청주 24도 ▲대전 24도 ▲전주 24도 ▲광주 24도 ▲대구 24도 ▲부산 25도 ▲울산 24도 ▲제주 26도다. 낮 최고기온은 30~33도로 예상된다. ▲서울 32도 ▲인천 31도 ▲수원 32도 ▲춘천 31도 ▲강릉 32도 ▲청주 32도 ▲대전 32도 ▲전주 32도 ▲광주 32도 ▲대구 32도 ▲부산 31도 ▲울산 33도 ▲제주 32도다. 에어코리아에 따르면 이날 미세먼지는 전 권역이 '좋음'으로 예상된다. 바다의 물결은 서해 앞바다 0.5m, 남해 앞바다 0.5~1.5m, 동해 앞바다 0.5~2.0m로 일겠다. yuniya@newspim.com 2026-08-18 06:30
사진
美 30년물 국채금리 급등 5.31% [시드니=뉴스핌] 권지언 특파원 = 미국 30년물 국채 금리가 17일(현지시간) 2007년 이후 최고 수준으로 올랐다. 미국의 재정 상황에 대한 우려가 인공지능(AI) 관련 기업들의 대규모 회사채 발행과 맞물리면서 국채 금리를 끌어올렸다. 벤치마크인 10년물 국채 수익률은 2.79bp(1bp=0.01%포인트) 상승한 4.724%를 기록했다. 30년물 수익률은 4.43bp 오른 5.3103%로 2007년 이후 최고 수준을 기록했다. 바클레이스의 안슐 프라단 애널리스트는 월요일 보고서에서 "부진한 경제지표는 장기물 국채 금리를 낮췄어야 했다"며 "그런데도 30년물 국채는 2001년 이후 가장 높은 금리로 입찰됐고, 이후 금리는 오히려 더 상승했다"고 지적했다. 미 달러화.[사진=로이터 뉴스핌] 그는 "악화하는 재정 전망, AI에 따른 기업들의 장기물 채권 공급 확대, 가격에 민감해진 투자자층이 그 이유를 설명하는 데 도움이 된다"고 분석했다. 이날 블룸버그통신도 'AI가 국채 금리를 밀어 올리고 있다'는 제목의 기사에서 빅테크의 AI 차입이 미국의 장기 금리를 높은 수준에 묶어두고 있다고 지적했다. 그러면서 신용도가 매우 높은 기업이 국채보다 훨씬 나은 조건을 제시하자 국채를 팔아 그 돈으로 회사채를 사는 흐름이 나타나고 있다고 설명했다. 이번 주 주요 경제지표 발표가 많지 않은 상황에서 투자자들은 중동 정세와 연방준비제도(Fed·연준)의 통화정책 향방에도 관심을 보였다. 이란의 한 고위 당국자는 이날 로이터에 이란이 대응 태세를 "전면 공세"로 전환하기로 결정했다고 밝혔다. 도널드 트럼프 미국 대통령 역시 폭스뉴스를 통해 이란이 항복해야 한다고 압박하면서 중동의 지정학적 긴장이 지속되고 있다. 다만 시장은 장기화하는 미·이란 갈등에 점차 익숙해지는 분위기다. DRW 트레이딩의 루 브리언 시장 전략가는 "지나치게 자극적인 헤드라인에 시장이 조금 무뎌지고 있는 시점에 이른 것 같다"고 말했다. 통화정책 전망에 민감한 2년물 국채 수익률은 0.9bp 상승한 4.18%를 기록했고, 2년물과 10년물 국채 금리 차이는 54.7bp로 확대됐다. ◆ 수요일 FOMC 의사록·20년물 입찰…채권시장 변동성 변수 이번 주 채권시장에서는 수요일이 주요 분기점이 될 전망으로, 연준은 이날 최근 연방공개시장위원회(FOMC) 회의 의사록을 공개한다. 지난달 케빈 워시 연준 의장의 첫 기자회견 이후 채권시장이 불안정한 반응을 보였던 만큼 의사록에서 향후 금리 경로에 대한 단서를 찾으려는 투자자들의 관심이 클 것으로 예상된다. DRW 트레이딩의 브리언 전략가는 "워시는 시장에서 그가 연준 내에서 자신의 독자적인 판단을 하는 인물이라기보다 트럼프 측 인사라는 생각을 완전히 없애지는 못했다"고 지적했다. 이날 뉴욕 연방준비은행이 발표한 뉴욕주 제조업 활동 지표는 4년여 만에 가장 높은 수준으로 급등해 미국 경기의 일부 회복 신호를 보여줬다. 미 재무부의 20년물 국채 입찰도 같은 날 예정돼 있어 장기물에 대한 투자자 수요를 가늠할 주요 이벤트로 꼽힌다. 한편 시장이 반영하는 중장기 인플레이션 기대는 비교적 안정적이다. 5년물 물가연동국채(TIPS) 기대인플레이션율은 2.255%, 10년물은 2.284%를 기록했다. 이는 시장이 향후 10년간 미국의 연평균 물가상승률을 약 2.3% 수준으로 예상하고 있음을 의미한다. ◆ 연준 금리 인상 기대 후퇴에 달러 약세 달러화는 연방준비제도(Fed·연준)의 추가 금리 인상 가능성이 낮아지면서 약세를 보였다. 최근 발표된 미국 경제지표가 잇따라 예상보다 부진하게 나오면서 시장의 연준 금리 인상 전망이 후퇴한 영향이다. 지난주 발표된 7월 소비자물가지수(CPI)와 생산자물가지수(PPI)는 물가 압력이 다소 완화되고 있음을 시사했다. 여기에 7월 소매판매가 예상 밖으로 감소하면서 미국 경제의 성장세가 기존 전망만큼 견조하지 않을 수 있다는 우려도 커졌다. 이에 시장에서는 연준의 9월 금리 인상 가능성을 한층 낮게 반영했다. 주요 통화 대비 달러화 가치를 보여주는 달러인덱스는 0.06% 내린 99.6을 기록했고, 유로화는 0.09% 오른 1.1579달러에 거래됐다. 유로화는 장중 1.1614달러까지 올라 6월 17일 이후 최고치를 기록했다. 시장의 시선은 향후 연준의 통화정책 신호로 향하고 있다. 특히 최근 경기·물가 지표가 잇따라 둔화하면서 연준이 당분간 금리 인상을 서두르지 않을 것이란 전망이 달러화에 추가 하방 압력을 가할 수 있다는 분석이다. 엔화는 장 초반 상승분을 반납하고 달러당 159.49엔 수준으로 0.11% 하락했다. 일본의 경제성장률이 예상보다 부진하게 나온 것도 엔화에 부담이 됐다. 앞서 일본과 미국 당국은 엔화 약세를 막기 위해 7월 말 외환시장에 개입했다. 모간스탠리의 데이비드 애덤스가 이끄는 애널리스트들은 투자자 노트에서 "시장이 일본은행의 금리 인상 사이클이 더욱 가팔라질 것으로 반영하고 있지만, 글로벌 위험선호가 강하고 미국의 최종금리 전망이 높은 수준을 유지한다면 미국의 물가 상승률이 다소 완만하게 나온 상황에서도 달러/엔 환율은 상승할 수 있다"고 분석했다. kwonjiun@newspim.com 2026-08-18 06:39
기사 번역
결과물 출력을 준비하고 있어요.
종목 추적기

S&P 500 기업 중 기사 내용이 영향을 줄 종목 추적

결과물 출력을 준비하고 있어요.

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.
이 내용에 포함된 데이터와 의견은 뉴스핌 AI가 분석한 결과입니다. 정보 제공 목적으로만 작성되었으며, 특정 종목 매매를 권유하지 않습니다. 투자 판단 및 결과에 대한 책임은 투자자 본인에게 있습니다. 주식 투자는 원금 손실 가능성이 있으므로, 투자 전 충분한 조사와 전문가 상담을 권장합니다.
안다쇼핑
Top으로 이동