수학 독습법 - 읽기만 해도 이과적 사고가 머리에 심어지는
도미시마 유스케 지음, 유나현 옮김 / 지상사 / 2023년 2월
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학이라는 과목을 다들 어떻게 생각할까? 대학 입시를 위한 공부, 머리만 아픈 암기와 계산의 연속. 수학을 선뜻 좋아한다는 사람은 거의 없었으리라 본다. 하지만 사실 수학 말그대로 수 數 에 대한 역사는 인류의 문명의 흐름을 보여준다고 할 정도로 오랜시간동안 내려온 지식의 결정체라 할 수 있다. 이 책은 우리가 왜 수학을 공부해야하는지, 수학적 사고란 무엇인가에 대해 쉽게 설명해주는 해설서라 볼 수 있다. 예시와 쉽게 풀어주는 개념을 따라 내려가다보면 어느 샌가 이과적 생각의 프로세서를 이해할 수 있을 것이다. 물리학자, 소립자 실험 연구원 및 퀀트 정량적 분석가로도 활약했던 저자가 들려주는 '수의 세계' 로 들어가보자.

Prologue

- 필요한 것은 큰 틀의 이해

수학에 대한 기초적인 이해는 반드시 갖춰야 하는 일반 상식이 되었다. 수학에 대한 이해 없이는 현대 사회를 이해할 수 없다. 비즈니스에서 요구하는 것은 복잡한 방정식을 푸는 능력이 아니다. 우리에게 필요한 것은 큰 틀의 이해다. 수학이 무엇인지, 어떻게 접근해야 하는지, 어디에 도움이 되는지 알려주는 '수학의 조감도' 를 머리에 심는 것이 이 책의 목표다.

- 수학적 사고를 설치하라

'수학적 = 이과적 사고' 의 핵심쓸데없는 것을 버리고 본질에 초점을 맞추는 '심플 이즈 더 베스트 (Simple is the best)' 라고 할 수 있다. 이러한 발상은 상당히 비즈니스적이다. 어떻게 보면 전략 컨설턴트의 사고법과 비슷해 보이기도 한다. ... 이 책을 한마디로 정의하면, 읽기만 해도 이과적 사고가 머리에 심어지는 '미래를 살아가기 위한 수학의 겨냥도' 라고 할 수 있다.

수학은 접근 방식에 따라 몇 가지 분야로 나뉘는데, 그중에서도 가장 중요하다고 할 수 있는 것이 대수학, 기하학, 미적분학, 통계학이다. 이 4가지는 각기 다른 방법으로 문제에 접근하여 해결로 이끄는 든든한 존재다.

1) 모르는 것을 알게 하는 대수학

2) 형태와 숫자를 연결하는 기하학

3) 변화를 분석하는 미적분학

4) 거시적인 시각으로 경향을 파악하는 통계학



Chapter 01. 다가올 시대에 필수적인 수학 사대천왕

- 문과적 사고와 이과적 사고는 한 끗 차이

'수학적 발상은 문과적 발상과 한 끗 차이' 수학에도 문과적, 비즈니스적 발상과 똑같은 발상이 존재한다. 단지 수학에서는 말 대신 수식으로 사고를 이어 나간다는 점이 다를 뿐이다. 앞에서 설명한 수학의 4대 분야는 제각기 독립적으로 작용하는 것이 아니라 서로 밀접하게 연관되어 있다. 사대천왕은 각자 가진 능력을 발휘해서 문제 해결이라는 하나의 목표를 향해 나아가는 존재다.

- 대수학 : 모르는 것이 있으면 가설을 세운다

비즈니스에서 필수적인 가설 사고. 대수학에서는 아직 파악하지 못한 미지의 숫자가 있을 때, 그것을 x 나 y 같은 문자로 치환하여 식을 세우고 사고를 이어 나간다. 숫자를 묹로 대체하는 학문이라서 '대수학' 이라고 불린다.

대수학 = 가설을 명확하게 만드는 도구

함수 = 두 변수 사이의 관계성

- 기하학 : 보이지 않는 것은 형상화하여 파악한다

첫걸음은 데이터의 시각화

요즘은 데이터 활용이 비즈니스 성패를 좌우한다는 말이 있을 정도로 데이터 활용이 중요해졌다. 가장 효과적으로 데이터를 잘 다루는 방법은 인간의 경우 눈으로 정보의 80%를 얻는 시각적 동물이기에 데이터의 시각화는 이해를 돕는 데 큰 역할을 한다. 비즈니스에서도 그래프타 표를 적절하게 활용한 프레젠테이션이 좋은 평을 듣게 되는 이유다.

기하학 = 시각화하는 도구

- 미적분학 : 복잡한 것은 단순화하여 분석한다

미세한 변화에 초점을 맞춘다

인간 사회도 자연 현상도 복잡하게 변화한다. 복잡한 상황에 직면하면 어떻게 해야 할지 몰라서 사고가 멈춰 버리기도 한다. 그럴 때 효과적인 방법이 있는데 바로 단순하게 생각하는 것이다. 이럴 때 미적분학에서는 발상을 전환하여 상황자체를 단순하게 만든다. 복잡한 상황을 힘겹게 그대로 처리할 것이 아니라 우선 단순화해서 생각하는 것이다. 이것을 실현하기 위해 미적분학에서는 아주 작은 변화에 초점을 맞춘다.

미분 = 대상이 단순해질 때까지 잘게 잘라서 처리하는 방식

적분 = 미분의 접근 방식을 따라 잘게 자른 것을 다시 합쳐서 원래대로 되돌리는 것

- 통계학 : 거시적인 시각에서 전체를 내려다본다

수집한 데이터로 알 수 있는 것

데이터를 무작정 많이 모으기만 하면 정보량이 너무 많아서 실질적인 경영 판단으로 이어지기 어렵다. 데이터를 의사 결정에 활용하려면 정보량을 줄이고 전체를 봐야 한다. 여분의 정보를 쳐내고 전체적인 분포 양상을 보는 것이 통계학의 방식이다.

통계학 = 전체를 내려다보는 도구



Chapter 02. 대수학 - 가설을 세워 수수께끼를 푸는 수학

- 함수를 자유자재로 쓰려면

대수학 : 미지의 숫자를 문자로 치환하여 사고하는 학문

변수 : 문자로 대체된 숫자

함수 : 변수 사이의 관계성

- 일차함수 : 심플 이즈 더 베스트의 대명사

일차함수는 가장 단순한 직선

- 이차함수 : 일상생활 속 보이지 않는 조력자

이차함수는 밥그릇 모양 / 운동과 밀접한 이차함수 / 진자의 운동에 숨겨진 이차함수

- 지수함수 : 인류를 쥐락펴락하는 스피드광

코로나 19 사태로 알려진 무서운 개념

지수는 '로그 눈금 그래프' 로 보면 이해하기 쉽다

- 로그함수 : 숫자의 마법사

매그니튜드가 1 증가하면 약 31.6배

지진의 규모를 알아보기 쉽게 나타내는 방법

산성 중성 염기성을 알아보기 쉽게 나타내는 방법

Chapter 03. 기하학 - 시각화의 유용성을 보여주는 수학

Chapter 04. 미적분학 - 변화를 단순화하여 파악하는 수학

Chapter 05. 통계학 - 빅데이터 시대를 살아가기 위한 수학

통계학은 내려다보듯 데이터를 관찰하여 특징을 파악하고 거기에서 지식을 얻는 학문이다. 대수학이나 기하학과 달리 통계학의 역사는 비교적 짧다. 학문으로써 인식되기 시작한 것은 겨우 17세기부터이다. 통계학은 방대한 데이터의 특징을 파악하여 지식을 얻는 방법론을 확립하고자 사회적 수요에 의해 탄생했다.



- 통계학의 분류

1) 기술 통계학 : 데이터의 특징을 알기 쉽게 기술

2) 추측 통계학 : 제한된 데이터로부터 전체 상황을 추측

3) 베이즈 통계학 : 새로운 데이터를 학습하여 예측을 수정

수학적 사고의 방법에서부터 4대 천왕이라 하는 대수학, 기하학, 미적분학, 통계학의 활용을 읽으며 이과적 사고의 개념에 대한 접근법을 배울 수 있었다. 사회가 발달하고 우리가 살아가는 이 시대는 이제 데이터로 이야기하는 시대이며, 인문학적 사고와 사회적 현상의 모습 또한 숫자와 기호들로 해석할 수 있을 만큼 기술의 발전 또한 이루어졌다. 그 예로 0과 1의 이분법으로 이루어지는 데이터에 대한 해독에서 나아가 이제는 언어적 데이터로 해석하고 설명할 수 있는 ChatGPT 라는 AI 의 인공지능이 나타난 것도 대표적인 예로 들 수 있다.

우리는 이 세상을 우리가 생각하는 대로 볼 수 있다. 수학적 사고가 가능한 사람은 또 다른 관점에서 바라볼 수 있는 생각의 회로를 가지게 된 것으로 생각할 수 있다. '왜 우리는 수학을 배우는가?' 열심히 수학과 씨름하던 고등학생 시절을 회상하면 그 물음에 쉽게 답을 못해왔던 나 역시도 어렴풋이나마 수학의 큰 틀을 파악하고 수학적 사고방식을 한다는 것이 어떤 것인가를 느낄 수 있었다. 수학을 어려워했던 사람일 수록 이 책의 매력을 더 깊이 체감할 수 있으리라 생각한다.






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