서로 다른 두 입력을 알면 행렬을 항상 복원할 수 있는가

서로 다른 두 입력을 알면 행렬을 항상 복원할 수 있는가

잔디 위 기울어진 태양광 패널의 여러 사각 면

사진: Grendelkhan · CC BY-SA 4.0 · 원본 출처

A(10)=(23),A(11)=(57)A\begin{pmatrix}1\\0\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}2\\3\end{pmatrix},\qquad A\begin{pmatrix}1\\1\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}5\\7\end{pmatrix}

A는 2행 2열의 행렬이다. 두 조건에서 A를 구하고, 두 입력이 서로 다르다는 조건만 있으면 언제나 같은 방식으로 복원할 수 있는지도 판단한다.

첫 식은 A의 첫 열이 [[2],[3]]이라고 말한다. 둘째 식은 A의 두 열을 더하면 [[5],[7]]이 된다고 말한다. 따라서 둘째 열은 [[3],[4]]이다.

A=(2334).A=\begin{pmatrix}2&3\\3&4\end{pmatrix}.

하지만 입력을 [[1],[1]]과 [[2],[2]]로 바꾸고 결과를 각각 [[5],[7]], [[10],[14]]로 주면 상황이 달라진다. 둘째 조건은 첫째를 2배 한 것이라 새로운 성분 정보를 주지 않는다. A=[[s,5−s],[t,7−t]]이면 임의의 실수 s,t에서 두 조건이 모두 맞는다.

두 입력이 서로 다르다는 사실과 서로 다른 정보를 준다는 사실을 구별해야 한다. 복원 문항을 만들 때에는 학생이 두 조건을 그대로 연립했는지만 보지 않는다. 첫 번째 입력이 어느 열을 남기고 두 번째 입력이 어느 열을 더하는지 설명하게 한다. 같은 방향의 배수인 입력 두 개만 넣었다면 모든 행렬을 구하라는 질문으로 바꾸는 것이 정확하다.

출처·착안: Jo Morgan, 「Matrix Multiplication」. 문항과 풀이는 새로 작성했다.