“인공지능 시대를 살아갈 이공계생을 위한 파이썬 코딩 예제 230: ChatGPT와 구글 코랩으로 배우는 수학 실험”은 시시각각으로 발전하고 있는 미래의 인공지능 데이터 중심 시대를 대비하여 이공계 학생들이 파이썬과 같은 프로그래밍 언어로 수학적 사고를 실험하고 시각화하는 능력을 기를 수 있도록 돕기 위한 책입니다. 이 책은 파이썬과 Google Colaboratory(코랩)를 활용하여 데이터 분석, 그래프 그리기, 시뮬레이션 등 다양한 수학적 실험을 단계별로 설명합니다. 코랩은 별도의 설치 없이 인터넷 환경에서 간단한 로그인으로 편리하게 활용할 수 있으며, 일반 컴퓨터뿐만 아니라 핸드폰이나 태블릿 PC에서도 구동되어 학교에서 학습이나 수업에 활용하기에 매우 편리합니다. 이 책은 고등학교 수학 과정에서 다루는 개념뿐만 아니라, 응용 수학, 과학 실험, 수학 게임까지 다양한 주제를 예제를 통해 다룹니다. 이 책은 단순히 코드 예제를 제공하는 것을 넘어, 실험 과정을 통해 수학적 원리와 과학적 이론을 체계적으로 이해할 수 있도록 구성되었으며, 각 예제는 직관적이고 상세한 설명과 함께 제공되어 초보자도 쉽게 따라 할 수 있습니다. 이 책의 주요 대상은 초, 중, 고등학생, 대학생, 그리고 파이썬에 관심 있는 일반 학습자입니다. 하지만 선생님들이나 연구자들도 수업이나 연구에 유용하게 활용할 수 있도록 다양한 심화 예제와 응용 주제를 포함하고 있습니다. 학생들은 이 책을 통해 파이썬 코드를 분석하며 파이썬 자체를 공부할 수도 있고, 이 책의 실험을 탐구 주제로 삼거나 내용을 참고하여 수학, 과학 수업 시간의 탐구 활동과 과제 수행을 준비하는 과정에서 유용하게 활용할 수 있습니다. 더 나아가, 학생들은 자신들이 직접 게임을 만들어보는 체험을 하며, 자신만의 창의적인 게임을 개발하고 이를 즐기는 과정을 통해 프로그래밍에 대한 흥미와 자신감을 키울 수 있습니다. 선생님들께서는 파이썬에 대한 깊은 지식이 없더라도 책에서 제공되는 예제들을 직접 활용하여 수업 시간에 적용할 수 있도록 책을 구성하였습니다. 이 책의 예제를 통해 학생들에게 다양하고 구체적인 시각 자료와 사고 실험을 제공할 수 있으며, 보다 생동감 있고 이해하기 쉬운 수업을 구성할 수 있도록 도울 것입니다. 또한 수업 시간에 파이썬을 활용함으로써 학생들은 파이썬의 실제 활용 사례를 직접 경험하며, 이를 통해 인공지능 시대에 필수적인 알고리즘적 사고와 데이터 분석 기술을 자연스럽게 익히는 기회를 얻게 될 것입니다.

저자 : 윤성호 인천광역시 고등학교 수학교사 파이썬, 보드게임, 공학적 도구 활용 수학수업 교육 연구중

1부 파이썬과 구글 코랩으로 실험 준비하기 1장 Google Colab 시작하기 2장 파이썬 기초 문법 # 예제1. 주석 9 # 예제2. 출력 9 # 예제3. 변수와 자료형 10 # 예제4. 입력 받기 12 # 예제5. 예외 처리 13 # 예제6. 산술 연산자 16 # 예제7. 비교 연산자 18 # 예제8. 논리 연산자 19 # 예제9. 집합 연산자 20 # 예제10. if, elif, else 조건문 23 # 예제11. for, while 반복문 24 # 예제12. 함수 27 # 예제13. 가변인자 29 # 예제14. 리스트 31 # 예제15. sympy 모듈을 활용한 방정식 풀이 34 # 예제16. eval 함수로 값 대입하기 38 # 예제17. numpy와 matplotlib을 이용해서 그래프 그리기 40 # 예제18. subplots을 이용해서 그래프 그리기 46 # 예제19. FuncAnimation 이용하여 애니메이션 만들기 49 # 예제20. class를 이용하여 덧셈, 곱셈 메서드 만들기 51 2부 고등학교 수학 실험 3장 공통수학Ⅰ, 공통수학Ⅱ # 예제21. 몫과 나머지 구하기 58 # 예제22. 다항식 연산, 나머지 정리, 인수분해 59 # 예제23. 2차 방정식의 해 구하기 및 그래프 그리기 62 # 예제24. 2차 부등식의 해 구하기 및 그래프 그리기 65 # 예제25. 연립 1차방정식의 풀이 70 # 예제26. 순열과 조합 71 # 예제27. 행렬의 연산 74 # 예제28. 점과 점 사이의 거리 79 # 예제29. 중점, 내분점, 외분점 82 # 예제30. 두 직선의 방정식과 교점 86 # 예제31. 원과 직선의 방정식 90 # 예제32. 집합의 연산 95 # 예제33. 1부터 100 사이에서 d의 배수와 n의 약수들의 집합 구하기 97 # 예제34. 함수의 개수 99 # 예제35. 유리함수의 그래프 101 # 예제36. 무리함수의 그래프 105 4장 대수, 미적분Ⅰ, 미적분Ⅱ # 예제37. 지수함수의 그래프 111 # 예제38. 로그함수의 그래프 114 # 예제39. 삼각함수와 단위원 117 # 예제40. sin 함수의 그래프 121 # 예제41. cos 함수의 그래프 125 # 예제42. tan 함수의 그래프 129 # 예제43. 등차수열, 등비수열 133 # 예제44. 등차수열, 등비수열의 합 135 # 예제45. 여러가지 수열의 합 137 # 예제46. 피보나치 수열 구하기 136 # 예제47. 수열의 극한 139 # 예제48. 급수의 합 141 # 예제49. 함수의 극한 값의 계산 142 # 예제50. 함수의 극한(입실론-델타) 144 # 예제51. 함수의 극한 애니메이션 mp4파일 만들기 148 # 예제52. 평균변화율과 순간변화율 Gif 파일 만들기 152 # 예제53. 미분계수, 도함수, 부정적분 157 # 예제54. 극대, 극소와 그래프의 개형 161 # 예제55. 정적분과 넓이 166 # 예제56. 매개변수와 이동거리 170 # 예제57. 구분구적법과 적분의 오차 확인하기 174 5장 확률과 통계, 기하 # 예제58. 중복 순열과 중복 조합 180 # 예제59. 사전식배열의 개수 183 # 예제60. 파스칼의 삼각형과 이항계수 186 # 예제61. 이항정리 188 # 예제62. 재귀 함수를 활용한 팩토리얼 계산 190 # 예제63. 주사위 실험 191 # 예제64. 큰수의 법칙(수학적 확률과 통계적 확률) 194 # 예제65. 모집단의 평균, 분산, 표준편차 및 대표값 199 # 예제66. aX+b의 평균, 분산, 표준편차 201 # 예제67. 시뮬레이션을 통한 이항분포 공식 확인 203 # 예제68. 갈톤 보드 시뮬레이션 206 # 예제69. 동전 던지기 분포 (동전을 여러 번 던졌을 때 앞면의 개수 분포) 208 # 예제70. 두 정규분포 그래프의 개형 비교 210 # 예제71. 정규분포 그래프와 확률 213 # 예제72. 표준 정규분포 그래프와 확률 216 # 예제73. 표본평균의 평균을 구하는 실험(복원추출) 218 # 예제74. 표본평균의 평균, 표본평균의 분산, 표본평균의 표준편차 222 # 예제75. n으로 나눈 표본 분산과 n-1로 나눈 표본 분산의 차이(불편추정량) 226 # 예제76. 모집단과 표본 평균 통계량 비교(중심극한 정리) 229 # 예제77. 신뢰구간 실험 234 # 예제78. 벡터의 연산 238 # 예제79. 포물선의 그래프 242 # 예제80. 타원의 그래프 246 # 예제81. 쌍곡선의 그래프 250

“이 책은 고등학교 교육과정을 바탕으로, 교사들이 ChatGPT와 구글 콜랩을 활용해 파이썬 예제를 만들고, 이를 통해 학생들에게 수학적 모델링을 쉽게 지도할 수 있도록 돕는 친절한 안내서입니다. 비전문가도 부담 없이 따라할 수 있도록 중간중간 주석을 상세히 달아두었으며, 책에 수록된 예제 파일을 다운로드하여 바로 활용해볼 수도 있습니다. 이 책과 함께라면, 누구나 쉽고 재미있게 학생들과 함께하는 실습을 통해 수업을 더욱 풍부하게 만들 수 있습니다. 학생들이 직접 만드는 챗GTP로 파이썬 예제를 직접 만들 수 있는 프롬프트 가이드입니다.”