関数 $f(x) = x[x]$ の $x=0$ と $x=1$ における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極限ガウス記号関数の評価
2025/5/14

1. 問題の内容

関数 f(x)=x[x]f(x) = x[x]x=0x=0x=1x=1 における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

関数の連続性を調べるには、以下の3つの条件を確認する必要があります。
(1) f(a)f(a) が定義されていること。
(2) 極限値 limxaf(x)\lim_{x \to a} f(x) が存在すること。
(3) limxaf(x)=f(a)\lim_{x \to a} f(x) = f(a) が成り立つこと。
まず、x=0x=0 での連続性を調べます。
f(0)=0[0]=00=0f(0) = 0 \cdot [0] = 0 \cdot 0 = 0 より、f(0)f(0) は定義されています。
次に、limx0x[x]\lim_{x \to 0} x[x] を調べます。
x0+x \to 0^+ のとき、0x<10 \le x < 1 なので、[x]=0[x] = 0 となり、limx0+x[x]=limx0+x0=0\lim_{x \to 0^+} x[x] = \lim_{x \to 0^+} x \cdot 0 = 0 です。
x0x \to 0^- のとき、1x<0-1 \le x < 0 なので、[x]=1[x] = -1 となり、limx0x[x]=limx0x(1)=limx0x=0\lim_{x \to 0^-} x[x] = \lim_{x \to 0^-} x \cdot (-1) = \lim_{x \to 0^-} -x = 0 です。
よって、limx0x[x]=0\lim_{x \to 0} x[x] = 0 が存在します。
最後に、limx0x[x]=f(0)\lim_{x \to 0} x[x] = f(0) を確認します。
limx0x[x]=0\lim_{x \to 0} x[x] = 0 であり、f(0)=0f(0) = 0 なので、limx0x[x]=f(0)\lim_{x \to 0} x[x] = f(0) が成り立ちます。
したがって、f(x)f(x)x=0x=0 で連続です。
次に、x=1x=1 での連続性を調べます。
f(1)=1[1]=11=1f(1) = 1 \cdot [1] = 1 \cdot 1 = 1 より、f(1)f(1) は定義されています。
次に、limx1x[x]\lim_{x \to 1} x[x] を調べます。
x1+x \to 1^+ のとき、1x<21 \le x < 2 なので、[x]=1[x] = 1 となり、limx1+x[x]=limx1+x1=1\lim_{x \to 1^+} x[x] = \lim_{x \to 1^+} x \cdot 1 = 1 です。
x1x \to 1^- のとき、0x<10 \le x < 1 なので、[x]=0[x] = 0 となり、limx1x[x]=limx1x0=0\lim_{x \to 1^-} x[x] = \lim_{x \to 1^-} x \cdot 0 = 0 です。
よって、limx1+x[x]limx1x[x]\lim_{x \to 1^+} x[x] \ne \lim_{x \to 1^-} x[x] なので、limx1x[x]\lim_{x \to 1} x[x] は存在しません。
したがって、f(x)f(x)x=1x=1 で不連続です。

3. 最終的な答え

f(x)f(x)x=0x=0 で連続であり、x=1x=1 で不連続です。

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