Ⅲ. 경우의 수 · 순열과 조합

🎲 순열과 조합

"몇 가지?"에 답하는 셈의 기술

📋 "몇 가지일까?"

💥 왜 배우나
메뉴 3개 × 음료 2개 = 6가지. 비밀번호, 좌석 배치, 팀 뽑기, 로또 — 세상의 "몇 가지?" 질문에 답하는 것이 경우의 수다. 핵심은 딱 하나: 순서가 중요한가?
🎰
로또 1등 확률의 정체
로또는 45개 중 6개를 순서 없이 고른다 → 조합 $_{45}C_6 = 8{,}145{,}060$ 가지. 1등 확률은 그 800만분의 1. 조합 계산 하나로 확률이 나온다.

➕ 경우의 수 — 두 법칙

✅ 합의 법칙 (또는)
두 사건이 동시에 일어나지 않을 때, "A 또는 B"의 경우의 수 = (A의 경우) $+$ (B의 경우).
예: 주사위 눈이 2 이하($2$가지) 또는 5 이상($2$가지) = $2+2 = 4$ 가지.
✅ 곱의 법칙 (그리고)
"A를 하고 이어서 B"의 경우의 수 = (A의 경우) $\times$ (B의 경우).
예: 상의 3벌 그리고 하의 2벌로 옷 입기 = $3 \times 2 = 6$ 가지.
🔑 "또는"이면 더하기, "그리고(이어서)"면 곱하기
문제에서 또는/동시에 안 일어남이면 합, 그리고/단계로 이어짐이면 곱. 이 구분이 경우의 수의 출발점.
🤝 서로 한 번씩 짝짓기 — 두 번 세고 2로 나눈다
8개 팀이 서로 한 번씩 경기하면 전체 경기 수는? 각 팀이 7경기씩 하니 $8 \times 7 = 56$ 인데, 이렇게 세면 한 경기를 두 팀 쪽에서 각각 세게 된다. 그래서 2로 나눈 28이 답이다.
같은 말로, 경기 하나는 8팀 중 두 팀을 고르는 것이므로 $_{8}C_{2} = \dfrac{8 \times 7}{2} = 28$.
악수·선분·대각선 문제도 모두 같은 꼴이다 — 짝을 짓는 것은 순서가 없으므로 조합이다.

🔀 순열 — 순서가 중요

✅ 순열 (Permutation)
서로 다른 $n$ 개에서 $r$ 개를 뽑아 순서대로 나열하는 경우의 수: $$_{n}P_{r} = n \times (n-1) \times \cdots \times (n-r+1) = \frac{n!}{(n-r)!}$$ (여기서 $n! = n \times (n-1) \times \cdots \times 2 \times 1$, 단 $0! = 1$.)

예: 5명 중 3명을 뽑아 1·2·3등을 정하기 = $_{5}P_{3} = 5 \times 4 \times 3 = 60$ 가지. 아래 계산기로 확인.

5
3
순열 ₙPᵣ (순서 O)
60
조합 ₙCᵣ (순서 X)
10
💡 순서가 중요하면 순열
1등·2등·3등처럼 뽑고 나서 순서(자리)를 매기면 순열. "회장·부회장·총무 뽑기"도 순열(직책이 다름).
🧲 이웃하게 세우기 — 묶고, 묶음 안을 다시 센다
A, B, C, D 4명을 세울 때 A와 B가 이웃하게 하려면 두 단계로 센다.
① A와 B를 한 덩어리로 묶는다 → 세울 대상이 (AB), C, D의 3개이므로 $3! = 6$.
② 덩어리 안에서 AB, BA 두 가지 → $6 \times 2 = 12$.
묶으면 대상의 개수가 하나 줄어든다는 것과, 묶음 안의 자리 바꿈을 곱해야 한다는 것을 함께 챙긴다. (전체 $4! = 24$ 중 절반이라 검산도 된다.)
0️⃣ 0이 섞인 자리 배열 — 맨 앞자리를 먼저
0, 1, 2, 3, 4로 서로 다른 세 자리 자연수를 만들면?
맨 앞자리에는 0이 올 수 없으므로 4가지. 그다음 십의 자리에는 0이 다시 후보로 돌아와 남은 4가지, 일의 자리는 3가지. 따라서 $4 \times 4 \times 3 = 48$.
앞자리에서 0을 뺐다고 해서 나머지 자리에서도 빼면 안 된다.
검산: 전체 $_{5}P_{3} = 60$ 에서 0으로 시작하는 $_{4}P_{2} = 12$ 를 빼도 48이다.

🎯 조합 — 순서는 무관

✅ 조합 (Combination)
서로 다른 $n$ 개에서 순서 없이 $r$ 개를 뽑기만 하는 경우의 수: $$_{n}C_{r} = \frac{_{n}P_{r}}{r!} = \frac{n!}{r!\,(n-r)!}$$ 순열을 $r!$ (뽑은 것들의 나열 수)로 나눈 것.
🔎 순열 vs 조합 — 같은 5명, 3명 뽑기
• 1·2·3등 정하기(순서 O) → 순열 $_{5}P_{3} = 60$
• 대표 3명 뽑기(순서 X) → 조합 $_{5}C_{3} = \dfrac{60}{3!} = \dfrac{60}{6} = 10$
같은 3명이라도 순서를 따지면 $3! = 6$ 배 많아진다. 위 계산기로 확인하자.
🔑 성질
$_{n}C_{r} = {}_{n}C_{n-r}$ (뽑는 것 = 안 뽑는 것 고르기). 예: $_{5}C_{3} = {}_{5}C_{2} = 10$.
🎬 뽑아서 나열하기 — 조합 × 계승
"뽑아서 한 줄로 세운다"는 두 단계로 나눠 곱한다.
남학생 4명 중 2명, 여학생 3명 중 1명을 뽑아 세우면
① 뽑기: $_{4}C_{2} \times _{3}C_{1} = 6 \times 3 = 18$ (뽑을 때는 자리 구분이 없으므로 조합)
② 세우기: 뽑은 3명을 줄 세우는 $3! = 6$
→ $18 \times 6 = 108$.
뽑는 단계에서 미리 순서를 따지면(순열로 뽑으면) 두 번 세게 된다.
📌 반드시 포함·반드시 제외
특정한 사람 A가 반드시 포함되어야 하면, A를 먼저 앉히고 남은 자리를 센다. 이때 뽑을 사람 수도 하나 줄어든다.
6명 중 4명을 뽑되 A가 꼭 들어가야 하면 $_{5}C_{3} = 10$ (남은 5명 중 3명).
반대로 A가 반드시 빠져야 하면 A를 지우고 $_{5}C_{4} = 5$.
검산: 전체 $_{6}C_{4} = 15$ 에서 A가 빠지는 5를 빼면 10으로 같다.
🚪 '적어도 하나' — 전체에서 하나도 없는 경우를 뺀다
남학생 5명, 여학생 4명 중 3명을 뽑을 때 여학생이 적어도 1명 들어갈 경우의 수는?
여학생 1명·2명·3명을 각각 세도 되지만, 전체 − (여학생이 한 명도 없는 경우) 가 훨씬 빠르다.
$_{9}C_{3} - {}_{5}C_{3} = 84 - 10 = 74$.
빼는 대상이 무엇인지 한 줄로 적고 시작하면, 구하는 것과 여사건을 뒤바꾸지 않는다. (직접 세도 $40 + 30 + 4 = 74$ 로 같다.)
🎁 같은 개수로 나누어 주기 — 받는 쪽이 구분되는가
서로 다른 6권을 두 사람 A, B에게 3권씩 주면? A가 받을 3권을 고르는 순간 B의 3권도 정해지므로 $_{6}C_{3} = 20$ — 더 곱할 것이 없다.
반면 사람 없이 그냥 두 묶음으로만 가르면 두 묶음의 순서가 없으므로 $20 \div 2 = 10$.
받는 쪽이 구분되는지 먼저 확인한다. 같은 크기의 묶음이 $k$ 개면 $k!$ 로 나눈다.

🌐 세상 속으로

📌 어른이 되어도 기억할 것
  1. "또는"이면 더하기(합의 법칙), "그리고(이어서)"면 곱하기(곱의 법칙).
  2. 순서가 중요하면 순열 $_{n}P_{r}$, 순서가 무관하면 조합 $_{n}C_{r}$.
  3. $_{n}C_{r} = \dfrac{_{n}P_{r}}{r!}$ — 조합은 순열을 $r!$ 로 나눈 것. (로또·복권 확률의 기본.)
💡 인사이트 — 경우의 수는 확률의 어머니
확률 = (원하는 경우의 수) ÷ (전체 경우의 수). 그래서 경우의 수를 셀 줄 알면 확률이 나온다. 로또·게임·통계·AI(탐색·표본)가 모두 이 셈 위에 있다.
🏠 우리 곁의 경우의 수
🔒
비밀번호
자릿수마다 곱의 법칙
🎰
로또·복권
조합으로 확률
🪑
자리 배치
순열(순서 O)
🏀
대표 뽑기
조합(순서 X)
🏭 산업과 직업
📊
확률·통계·데이터
경우의 수가 확률·표본·실험 설계의 토대. 스포츠 데이터 분석에도 필수.
🎓 통계 · 데이터사이언스
🔐
암호·보안
가능한 경우의 수(키 공간)가 클수록 뚫기 어렵다.
🎓 정보보안 · 컴퓨터공학
🤖
AI·탐색
가능한 경우를 세고 탐색하는 것이 게임 AI·최적화의 핵심.
🎓 컴퓨터공학 · 응용수학

🔥 순열과 조합 퀴즈

문제 1 / 10점수 0 / 10

✅ 정리

핵심
합의 법칙(또는): 더하기 · 곱의 법칙(그리고): 곱하기
순열(순서 O): $_{n}P_{r} = \dfrac{n!}{(n-r)!}$
조합(순서 X): $_{n}C_{r} = \dfrac{n!}{r!(n-r)!} = \dfrac{_{n}P_{r}}{r!}$
$_{n}C_{r} = {}_{n}C_{n-r}$, $\;0! = 1$
🔑 한 줄 요약
경우의 수는 또는=합, 그리고=곱. 순서가 중요하면 순열, 무관하면 조합이며 조합 = 순열 ÷ $r!$.

자가 점검

약점 태그

수학:경우의수수학:순열수학:조합수학:합곱법칙
➡️ 다음 단원
행렬의 뜻과 연산(제작 예정)으로. 공통수학1 허브로.