인공지능(AI)은 수학적 추론 분야에서 놀라운 진전을 보여왔으나, 수학 연구 실무에의 통합은 여전히 제한적이다. 본 연구에서는 AI 수학자(AIM) 시스템이 단순한 문제 해결 도구가 아니라, 연구 동반자로서 어떻게 작동할 수 있는지를 탐구한다. 동질화 이론(homogenization theory)에서 다루기 어려운 문제를 중심으로, AIM의 자율적 추론 경로를 분석하고, 타겟팅된 인간의 개입을 통해 탐색 과정을 체계화한다. 문제를 처리 가능한 하위 목표로 반복적으로 분해하고, 적절한 분석 방법을 선정하며, 중간 결과를 검증함으로써, 인간의 직관과 기계적 계산이 어떻게 상호보완적인 역할을 할 수 있는지를 밝혀낸다. 이러한 협업적 접근은 결과로 도출된 증명의 신뢰성, 투명성, 해석 가능성을 높이면서도, 공식적 엄밀성과 정확성에 대한 인간의 감독을 유지한다. 본 방법은 완전하고 검증 가능한 증명을 도출하며, 더 넓은 의미에서 체계적인 인간-인공지능 공동 추론이 수학적 발견의 경계를 확장할 수 있음을 보여준다.