피아노 조율사 앞에 문제가 하나 놓여 있습니다. '라' 건반을 누르면 현이 1초에 440번 떨립니다. 한 옥타브 위의 '라'는 정확히 두 배, 880번 떨립니다. 그 사이에 건반이 12개 있으니, 조율사는 440에서 880까지를 열두 계단으로 나눠야 합니다.

가장 먼저 떠오르는 방법은 균등 분할입니다. 880에서 440을 빼면 440이고, 이걸 12로 나누면 약 36.7이니까 — 계단 하나마다 36.7씩 올리면 되지 않을까요?

그런데 이렇게 조율하면 피아노가 틀어집니다.

덧셈으로 나누면 조율이 틀어진다

우리 귀는 두 음의 '차이'가 아니라 '비율'을 듣기 때문입니다.

440에서 476.7로 가는 첫 계단은 8.3% 올라갑니다. 그런데 같은 36.7을 더해도, 843에서 880으로 가는 마지막 계단은 4.4%밖에 안 올라갑니다. 더한 양은 똑같은데 귀에는 첫 계단이 마지막 계단보다 거의 두 배 크게 들립니다. 아래로 갈수록 계단이 성큼성큼, 위로 갈수록 종종걸음이 되는 셈입니다.

계단이 똑같이 '들리려면' 더하는 양이 아니라 곱하는 비율이 같아야 합니다. 즉 조율사가 찾아야 하는 것은 "얼마를 더할까"가 아니라 이 질문의 답입니다.

어떤 수를 열두 번 곱하면 정확히 2가 될까?

열두 번 곱해서 2가 되는 수

이 수를 \(x\)라고 부르면, 조건은 식 하나로 적힙니다.

$$x^{12} = 2$$

열두 번 곱해 2가 되는 수 — 그러니까 2의 '12분의 1 제곱'입니다.

$$x = 2^{1/12} \approx 1.05946$$

분수 제곱이 낯설다면 이렇게 읽으면 됩니다 — '12분의 1 제곱'은 열두 번 곱하면 2가 되는 수, 곧 2의 12제곱근입니다. 여기서는 결과만 쥐고 갑니다: 반음 하나 = 약 1.05946배 = 약 5.95% 상승.

여기서 한 가지를 분명히 해 두겠습니다. 처음 공부할 때 가장 많이 걸리는 지점이기도 합니다.

  • "5.95% 오른다"와 "1.05946을 곱한다"는 같은 말입니다.
  • 배율 1.05946에서 앞의 1은 원래 있던 것을 그대로 지킨다는 뜻이고, 뒤의 0.05946이 새로 붙는 몫입니다.
  • 1이 없으면 원래 것이 사라지고 이자만 남는 이상한 계산이 됩니다.

주파수 440이 "5.95% 오른다"는 것은 \(440 \times 1.05946 \approx 466.2\)가 된다는 뜻입니다. 실제로 466.2Hz는 '라' 바로 위 검은건반, '라샵'의 주파수입니다.

건반에서 직접 확인하기

말보다 건반이 빠릅니다. 아래에서 반음을 하나씩 눌러 보세요. 누를 때마다 배율에 1.05946이 곱해지고, 열두 번째에서 정확히 2.000에 도착합니다.

반음 12번 = 두 배 — 곱셈 계단 실험
반음 12번 = 두 배 — 곱셈 계단 실험
건반을 하나씩 눌러 배율이 쌓이는 과정을 보세요. 아래 슬라이더에서는 같은 곱셈을 수익률로 바꿔 '곱해서 가기'와 '더해서 가기'의 격차를 비교할 수 있습니다.

viz 아래쪽 그래프에서 눈여겨볼 것은 하나입니다. 곱해서 가는 길(실선)과 더해서 가는 길(점선)은 처음엔 거의 붙어 있다가, 뒤로 갈수록 벌어집니다. 그 벌어진 틈이 어디서 왔는지가 다음 절의 내용입니다.

반음이 6%짜리 수익률이라면

이제 단어만 바꿔 보겠습니다. 반음 → 1년, 주파수 → 잔고.

연 6% 수익률로 12년을 굴리면 얼마가 될까요? "6%씩 12번이니까 72%, 그러니까 1.72배"라고 답하고 싶어집니다. 하지만 조율사의 계산을 이미 봤으니 다르게 답할 수 있습니다. 6% 오른다는 건 1.06을 곱한다는 뜻이고, 12년이면 열두 번 곱하는 것입니다.

$$1.06^{12} \approx 2.012$$

두 배가 넘습니다. 더해서 계산한 1.72배와의 차이(약 29%p)는 어디서 왔을까요 — 이자가 원금에 합쳐진 뒤, 그 이자에도 다시 이자가 붙었기 때문입니다. 돈이 돈을 벌기 시작하면 더하기 계산은 항상 실제보다 적게 나옵니다.

두 번만 곱하는 경우는 암산으로도 확인할 수 있습니다. 수익률 \(a\%\)와 \(b\%\)를 연달아 겪으면, 최종 수익률은

$$a + b + \frac{a \times b}{100}$$

입니다. 10% 두 번이면 \(10 + 10 + 1 = 21\%\) — 그냥 더한 20%보다 1%p 많고, 그 1%p가 바로 "이자의 이자"입니다. 마지막 항 \(a \times b \div 100\)이 곱셈이 더하기와 갈라지는 지점의 정체입니다.

그리고 이 공식은 경고이기도 합니다. \(a\)와 \(b\)의 부호가 다르면 — 오르고 나서 내리면 — 마지막 항이 마이너스로 작동합니다. +10% 뒤 −10%는 본전이 아니라 \(10 - 10 - 1 = -1\%\)입니다. 오르내리기만 반복해도 잔고가 조금씩 녹는 이 현상은 레버리지를 다룰 때 주인공으로 다시 등장합니다.

곱셈의 눈금은 어디에나 있다

정리 대신, 같은 무늬가 반복되는 곳들을 늘어놓고 끝내겠습니다.

세계계단 하나계단의 정체
피아노반음 = ×1.059열두 번이면 한 옥타브(×2)
예금·투자연 6% = ×1.0612년이면 두 배가 조금 넘음
소리 크기+10dB = ×10데시벨은 곱셈을 덧셈처럼 적는 눈금
지진규모 +1 = 에너지 약 ×32규모 7과 8은 '1 차이'가 아님

곱셈으로 자라는 것들을 덧셈 눈금으로 재면 항상 왜곡이 생깁니다. 그래서 수학에는 곱셈을 아예 덧셈으로 바꿔 버리는 전용 도구, 로그가 있습니다. 이 시리즈 전체에서 가장 자주 꺼내 쓰게 될 연장이라 2단계 '로그 눈금이라는 자'에서 따로 다룹니다.

그런데 "연 6%면 12년에 두 배"라는 계산, 어디서 많이 본 것 같지 않나요? 72를 6으로 나누면 12 — 소위 '72의 법칙'입니다. 이 편리한 암산 규칙에는 이상한 점이 하나 있습니다. 수학적으로 정확한 숫자는 72가 아니거든요. 그런데도 왜 다들 72를 쓸까요?