함께 쓰는 부품 비용, 똑같이 나누면 공평할까요?

공유 부품을 처음 필요로 하는 작업이 비용을 발생시키는 가상 작업장이에요. 모든 작업 시작 순서의 추가 비용을 평균 내어 분담하면, 혼자 사용할 때의 비용과 서로 다른 몫이 나와요.

창가 목재 책상 위 무지 비용 카드와 빈 장부

이미지: AI 생성 · 수학 이야기

가상 작업장에는 A, B, C 세 작업이 있어요. A는 부품 X, B는 X와 Y, C는 Y만 써요. X를 준비하는 비용은 12, Y는 6이며 같은 비용 단위를 써요. 필요한 부품은 한 번만 준비해 함께 쓰고 추가 사용료는 없어요. 혼자 하면 B의 비용은 18이지만, 함께 일할 때도 B에게 18을 모두 청구해야 할까요?

이번 분담 규칙은 세 작업의 시작 순서 여섯 가지를 똑같이 취급하고, 각 작업이 들어올 때 새로 필요한 비용을 평균 내는 거예요. 이를 샤플리 분담이라고 불러요. A부터 B, C 순서로 들어오면 추가 비용은 각각 12, 6, 0입니다. C부터 A, B 순서라면 각각 C의 6, A의 12, B의 0입니다.

X의 비용 12는 A와 B 중 먼저 온 작업에 붙어요. 여섯 순서 중 A가 먼저인 경우와 B가 먼저인 경우가 각각 세 번이므로 평균 부담은 둘 다 6입니다. Y의 비용 6도 B와 C가 절반씩 평균 부담해요. 따라서 각 몫은 다음과 같아요.

A=6,B=6+3=9,C=3A=6,\qquad B=6+3=9,\qquad C=3

세 몫을 합치면 18로 실제 공동 비용과 맞아요. 반면 혼자 쓰는 비용 12, 18, 6을 각각 청구하면 합이 36이어서 공동 비용의 두 배를 걷습니다. 개별 사용 비용을 그대로 합하는 것은 부품 공유를 빠뜨린 계산이에요.

이 규칙이 모든 상황의 공평함을 대신 결정하는 것은 아니에요. 이번에는 필요한 부품 집합과 모든 순서를 같은 비중으로 보는 기준을 정했어요. 그 조건 아래서는 B가 더 많은 부품을 써도 혼자 사용한 18을 전부 부담하지 않는 이유를 계산으로 확인할 수 있어요.

참고한 수학 개념: AMS · The Shapley Value, or How to Split a Bill in n! Easy Steps.

이 글의 생활 상황과 계산 예시는 수학 이야기에서 새로 구성했습니다.

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