청소년을 위한 교양 수학: 행렬

루미너리북스 교육출판 에디팅 팀 지음

루미너리북스 2025년 09월 05일 출간

작품소개

책소개

행렬은 숫자들을 사각형 모양으로 배열한 단순한 개념에서 출발하지만, 현대 수학과 과학 기술의 핵심 도구로 발전한 놀라운 수학적 구조입니다. 이 책은 중학생도 이해할 수 있도록 행렬의 기본 정의부터 시작하여, 각 개념을 구체적인 사례와 함께 차근차근 설명합니다. 행렬의 크기와 원소, 다양한 종류의 행렬들, 그리고 이들이 실생활에서 어떻게 활용되는지를 통해 독자들은 추상적인 수학 개념이 실제로는 우리 주변 곳곳에서 작동하고 있음을 깨닫게 됩니다. 수학자들의 흥미로운 발견 과정과 역사적 배경을 함께 다루어, 행렬이 단순한 계산 도구가 아닌 인간의 지적 탐구가 만들어낸 아름다운 결과물임을 보여줍니다.

행렬의 덧셈, 뺄셈, 곱셈은 우리가 아는 일반적인 수의 연산과는 전혀 다른 특별한 규칙을 따릅니다. 특히 행렬의 곱셈에서는 교환법칙이 성립하지 않는다는 놀라운 사실을 발견하게 되며, 이는 행렬이 가진 독특한 성질을 보여주는 대표적인 예입니다. 전치행렬, 행렬식, 역행렬 등의 개념들은 각각 독특한 의미와 기하학적 해석을 가지고 있으며, 이들 사이의 관계를 이해하면 행렬의 본질적인 구조를 파악할 수 있습니다. 가우스 소거법과 같은 체계적인 계산 방법을 통해 복잡해 보이는 행렬 문제도 단계적으로 해결할 수 있으며, 이는 연립방정식의 해법과 직접적으로 연결됩니다.

고유값과 고유벡터, 대각화, 특이값 분해와 같은 고급 개념들은 행렬 이론의 정수를 보여주는 부분입니다. 이들은 단순한 계산 기법을 넘어서 행렬이 가진 본질적인 정보를 추출하고 분석하는 강력한 도구로 작용합니다. 대칭행렬과 직교행렬은 각각 특별한 성질을 가지며, 이들의 아름다운 수학적 구조는 물리학과 공학의 다양한 분야에서 핵심적인 역할을 합니다. 이차형식과 선형변환의 개념을 통해 행렬이 단순한 숫자 배열이 아닌 기하학적 변환을 표현하는 언어임을 이해하게 되며, 이는 3차원 그래픽스와 컴퓨터 애니메이션의 수학적 원리로 이어집니다.

현대 사회에서 행렬은 빅데이터 분석, 인공지능, 머신러닝의 핵심 도구로 활용되고 있습니다. 구글의 검색 알고리즘인 페이지랭크에서부터 넷플릭스의 영화 추천 시스템, 그리고 최근 주목받는 인공지능 기술까지 모든 곳에서 행렬 연산이 핵심적인 역할을 하고 있습니다. 이 책은 이러한 현대적 응용을 통해 행렬이 단순한 학문적 호기심의 대상이 아닌, 우리 일상을 변화시키는 실용적인 도구임을 보여줍니다. 마르코프 체인, 확률행렬, 양자 컴퓨팅 등 최첨단 기술 분야에서도 행렬의 중요성은 계속해서 커지고 있으며, 이는 행렬을 이해하는 것이 미래 사회를 이해하는 열쇠임을 의미합니다.

목차

1. 행렬의 탄생과 첫 만남
2. 행렬의 다양한 얼굴들
3. 행렬의 덧셈과 뺄셈
4. 행렬의 곱셈의 신비
5. 스칼라와 행렬의 만남
6. 전치행렬의 마법
7. 행렬식의 등장
8. 코팩터와 여인수
9. 역행렬의 발견
10. 가우스 소거법의 힘
11. 연립방정식과 행렬의 만남
12. 행렬의 계수와 차원
13. 벡터와 행렬의 조화
14. 고유값과 고유벡터의 비밀
15. 대각화의 마법
16. 직교행렬과 회전변환
17. 대칭행렬의 아름다움
18. 이차형식과 포물선
19. 특이값 분해의 혁명
20. LU 분해와 효율적 계산
21. QR 분해와 최소제곱법
22. 행렬함수와 테일러 급수
23. 선형변환과 기하학
24. 마르코프 체인과 확률행렬
25. 빅데이터 시대의 행렬

인물정보

저자(글) 루미너리북스 교육출판 에디팅 팀

루미너리북스 교육 출판 에디팅 팀은 전문 교육 콘텐츠 기획자와 편집자들로 구성되어, 학생들의 눈높이에 맞춘 양질의 교육 도서를 제작하는 데 전념하고 있다. 각 분야별 전문가들과의 긴밀한 협업을 통해 정확하고 이해하기 쉬운 교육 콘텐츠를 개발하며, 특히 고등학생을 위한 대학 과목 선행학습 시리즈와 같은 혁신적인 교육 도서를 기획하고 있다.