関数 $f(x) = x[x]$ について、$x=0$ および $x=1$ での連続性を調べる問題です。ここで$[x]$は$x$を超えない最大の整数(ガウス記号)を表します。

解析学関数の連続性ガウス記号極限
2025/5/7

1. 問題の内容

関数 f(x)=x[x]f(x) = x[x] について、x=0x=0 および x=1x=1 での連続性を調べる問題です。ここで[x][x]xxを超えない最大の整数(ガウス記号)を表します。

2. 解き方の手順

関数 f(x)f(x) が点 x=ax=a で連続であるとは、以下の3つの条件が満たされることです。

1. $f(a)$ が定義されている。

2. 極限 $\lim_{x \to a} f(x)$ が存在する。

3. $\lim_{x \to a} f(x) = f(a)$ が成り立つ。

まず、ガウス記号の性質から、整数 nn に対して、
limxn[x]=n1\lim_{x \to n^-} [x] = n-1
limxn+[x]=n\lim_{x \to n^+} [x] = n
となることを確認しておきます。
(1) x=0x=0 での連続性
f(0)=0[0]=00=0f(0) = 0 \cdot [0] = 0 \cdot 0 = 0
左側極限:
limx0f(x)=limx0x[x]=limx0x(1)=0\lim_{x \to 0^-} f(x) = \lim_{x \to 0^-} x[x] = \lim_{x \to 0^-} x(-1) = 0
右側極限:
limx0+f(x)=limx0+x[x]=limx0+x(0)=0\lim_{x \to 0^+} f(x) = \lim_{x \to 0^+} x[x] = \lim_{x \to 0^+} x(0) = 0
したがって、limx0f(x)=0\lim_{x \to 0} f(x) = 0 であり、limx0f(x)=f(0)=0\lim_{x \to 0} f(x) = f(0) = 0 が成り立つので、x=0x=0f(x)f(x) は連続です。
(2) x=1x=1 での連続性
f(1)=1[1]=11=1f(1) = 1 \cdot [1] = 1 \cdot 1 = 1
左側極限:
limx1f(x)=limx1x[x]=limx1x(0)=0\lim_{x \to 1^-} f(x) = \lim_{x \to 1^-} x[x] = \lim_{x \to 1^-} x(0) = 0
右側極限:
limx1+f(x)=limx1+x[x]=limx1+x(1)=1\lim_{x \to 1^+} f(x) = \lim_{x \to 1^+} x[x] = \lim_{x \to 1^+} x(1) = 1
左側極限と右側極限が一致しないため、limx1f(x)\lim_{x \to 1} f(x) は存在しません。
したがって、x=1x=1f(x)f(x) は不連続です。

3. 最終的な答え

x=0x=0 で連続、 x=1x=1 で不連続。

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