순서를 지켜 섞은 두 색 카드, 두 장씩은 왜 색이 다를까요?

서로 반대 색으로 시작하고 두 색이 번갈아 나오는 카드 묶음 두 개를 합쳐요. 각 묶음 안의 순서를 지켜 합친 새 줄을 앞에서부터 두 장씩 짝지으면, 언제나 서로 다른 색이 돼요. 이 조건이 남는 이유와 마음대로 재배열한 경우의 차이를 살펴봐요.

나무 탁자 위의 파란 뒷면 카드 묶음

사진: Christian Gidlöf · Public domain · 원본 출처

A묶음의 카드는 앞부터R,B,R,B, B묶음은B,R,B,R입니다. 한 번에 어느 묶음의 맨앞카드 하나를 꺼내 새줄 맨뒤에 붙여요. 각 묶음 내부순서는 바꿀 수 없고8장모두꺼낸다. 새줄의1·2,3·4,5·6,7·8번째쌍은 언제나 서로 다른색인가? 선택확률은 지정하지 않아요.

A=RBRB,B=BRBR.A=RBRB,\qquad B=BRBR.

처음 두 묶음의 맨앞 색은 반대예요. 첫 장이R이면 그 장을 꺼낸 묶음의 다음은B입니다. 다른 묶음의 맨앞도B이므로 둘째 장은 어느 쪽에서 꺼내도B입니다. 첫 장이B일 때도 같은 논리가 적용돼요.

두 장을 같은 묶음에서 꺼내면 그 묶음의 앞 색은 다시 원래 색이에요. 서로 다른 묶음에서 하나씩 꺼내면 양쪽 색이 함께 바뀌어 역시 서로 반대예요. 따라서 두 장마다 처음과 같은 상태로 돌아와요.

어느 묶음이 먼저 비어도 남은 묶음의 교대 배열이 마지막 쌍을 보장해요. 모든 합치기에 아래 조건이 남아요.

{s2j−1,s2j}={R,B}(j=1,2,3,4).\{s_{2j-1},s_{2j}\}=\{R,B\}\qquad(j=1,2,3,4).

“섞었으니 모든 순열이 가능하다”는 결론은 틀려요. R,R로 시작하는 배열은 이 절차로 만들 수 없어요. 독립적인 무작위 선택이나 균등분포를 주지 않았으므로 특정 결과의 확률은 계산하지 않아요. 교사는 순서를 보존하는 섞기와 자유 재배열의 허용 목록을 먼저 구별하게 해요.

착안 원문: Red-Black Pairs Card Trick. 문항의 좌표·조건·논증은 새로 구성했어요. 원문 도판이나 활동 지시의 번역이 아니에요.

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