정수 눈금에서는 두 목표의 중간도 놓칠 수 있다

조절 손잡이를 정수 눈금에만 놓을 수 있다. 두 장비가 선호하는 눈금 4와 7에서 벗어난 정도의 제곱을 더해 오차 E를 정한다. 가장 작은 오차와 그때의 눈금을 모두 구하라. 평균 5.5가 정답이라는 말은 조건을 만족하는가?

서로 맞물린 목재 톱니바퀴

사진: Tangopaso · Public domain · 원본 출처

E(n)=(n−4)2+(n−7)2,n∈{0,1,…,10}E(n)=(n-4)^2+(n-7)^2,\qquad n\in\{0,1,\ldots,10\}

조절 손잡이를 정수 눈금에만 놓을 수 있다. 두 장비가 선호하는 눈금 4와 7에서 벗어난 정도의 제곱을 더해 오차 E를 정한다. 가장 작은 오차와 그때의 눈금을 모두 구하라. 평균 5.5가 정답이라는 말은 조건을 만족하는가?

E(n)=2(n−112)2+92,Emin⁡=5(n=5,6)E(n)=2\left(n-\frac{11}{2}\right)^2+\frac92,\qquad E_{\min}=5\quad(n=5,6)

실수 눈금을 허용하면 5.5에서 오차가 4.5로 가장 작다. 그러나 문제의 후보는 정수다. 완전제곱식에서 5.5와의 거리가 가장 작은 정수는 5와 6이고, 두 경우의 거리 제곱은 1/4이다. 따라서 최솟값은 2×1/4+4.5=5이며 두 눈금이 동점이다. 5에서는 오차가 1²+2², 6에서는 2²+1²로 서로 바뀐다. 식의 꼭짓점을 구한 다음 실제로 사용할 수 있는 입력인지 확인해야 한다. 연속 모델의 최적값과 실제 선택 가능한 최적값을 한 칸에 쓰지 않고 나란히 기록하게 한다.

교사 질문: 두 장비의 중요도가 다르면 제곱 두 개 앞의 계수를 어떻게 바꾸고, 동점은 유지되는가?

출처·착안: Garden Shed. 위 문항의 조건·수치·풀이와 교사 질문은 새로 작성했다.