Типові завдання НМТ: похідна та інтеграл
~20 хв · 9 розділів · 12 тестових запитань
Частина кар’єрної траєкторії НМТ 2027: 3 обов’язкові + англійська мова.
Розв’язування типових завдань НМТ на похідну (геометричний зміст, монотонність, екстремуми), первісну та визначений інтеграл (площа фігури за графіком). Містить покрокові розв’язки, аналіз помилок і стратегії виконання.
Похідна — одне з ключових понять математичного аналізу, яке перевіряють на НМТ у кількох форматах. У довідці, яку ти отримаєш на тестуванні, є таблиця похідних основних функцій і правила диференціювання. Навчимося користуватися ними швидко й безпомилково.
Похідна за таблицею й правилами
Нагадаємо базові формули з довідки НМТ. Для степеневої функції: $(x^n)^{\prime} = n \cdot x^{n-1}$. Для сталої: $(C)^{\prime} = 0$. Правила: $(u \pm v)^{\prime} = u^{\prime} \pm v^{\prime}$, $(u \cdot v)^{\prime} = u^{\prime} v + u v^{\prime}$, $\left(\frac{u}{v}\right)^{\prime} = \frac{u^{\prime} v - u v^{\prime}}{v^2}$. Розгляньмо конкретні приклади.
Нехай $f(x) = 2x^3 - 6x + 1$. Застосовуємо правило різниці й табличну похідну степеня: $f^{\prime}(x) = 2 \cdot 3x^2 - 6 \cdot 1 + 0 = 6x^2 - 6$. Тепер знайдемо значення похідної в точці $x_0 = 1$: $f^{\prime}(1) = 6 \cdot 1^2 - 6 = 0$. Для добутку $f(x) = x \cdot e^x$ маємо $f^{\prime}(x) = (x)^{\prime} e^x + x (e^x)^{\prime} = 1 \cdot e^x + x \cdot e^x = e^x(1 + x)$.
Геометричний зміст похідної
У довідці НМТ геометричного змісту похідної немає, але на тесті можуть дати рисунок дотичної до графіка функції. Запам’ятай: значення похідної в точці $x_0$ дорівнює кутовому коефіцієнту дотичної, проведеної до графіка функції в точці з абсцисою $x_0$. Іншими словами, $f^{\prime}(x_0) = k = \tg \alpha$, де $\alpha$ — кут між дотичною й додатним напрямом осі $Ox$. Кутовий коефіцієнт прямої, що проходить через дві точки $(x_1; y_1)$ і $(x_2; y_2)$, обчислюють за формулою $k = \frac{y_2 - y_1}{x_2 - x_1}$.
Як працювати з рисунком
Уяви, що на рисунку дотична до графіка функції проходить через точки $(1; 2)$ і $(4; 8)$. Тоді $f^{\prime}(x_0) = k = \frac{8 - 2}{4 - 1} = \frac{6}{3} = 2$ — дотична напрямлена вгору, кут гострий. Якщо дотична спадає (наприклад, проходить через точки $(0; 3)$ і $(2; -1)$), то $k = \frac{-1 - 3}{2 - 0} = -2$, і похідна від’ємна. Горизонтальна дотична (паралельна осі $Ox$) має $k = 0$, отже, $f^{\prime}(x_0) = 0$.
Розгляньмо ще приклад із кутом нахилу. Для функції $f(x) = x^2 - 3x$ у точці $x_0 = 2$ знайдемо спочатку похідну: $f^{\prime}(x) = 2x - 3$. Тоді $f^{\prime}(2) = 2 \cdot 2 - 3 = 1$. Оскільки $\tg \alpha = 1$, то $\alpha = 45^{\circ}$. Отже, дотична до графіка в точці $x_0 = 2$ нахилена до осі $Ox$ під кутом 45°.
Важливо: геометричний зміст похідної не дають у довідці, тому його треба знати напам’ять. Якщо на НМТ трапиться рисунок із дотичною, ти знатимеш, що робити.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Похідна допомагає визначити, як поводиться функція: де вона зростає, де спадає, і де досягає найбільших чи найменших значень на проміжку. Це називають дослідженням функції за допомогою похідної.
Ознаки зростання й спадання
Якщо на деякому проміжку $f^{\prime}(x) > 0$, то функція на цьому проміжку зростає. Якщо $f^{\prime}(x) < 0$, то функція спадає. Точки, в яких похідна дорівнює нулю або не існує, називають критичними. Якщо в критичній точці похідна змінює знак, то ця точка є точкою екстремуму.
Повний приклад: $f(x) = x^3 - 12x$
Крок 1. Знаходимо похідну: $f^{\prime}(x) = 3x^2 - 12$.
Крок 2. Прирівнюємо до нуля: $3x^2 - 12 = 0$ ⇒ $x^2 = 4$ ⇒ $x = \pm 2$. Критичні точки: $-2$ і $2$.
Крок 3. Визначаємо знак похідної на кожному з проміжків. Для цього зручно намалювати числову вісь і позначити критичні точки:
На проміжку $(-\infty; -2)$ візьмемо $x = -3$: $f^{\prime}(-3) = 27 - 12 = 15 > 0$ — зростає. На проміжку $(-2; 2)$ візьмемо $x = 0$: $f^{\prime}(0) = -12 < 0$ — спадає. На проміжку $(2; +\infty)$ візьмемо $x = 3$: $f^{\prime}(3) = 27 - 12 = 15 > 0$ — зростає.
Крок 4. Висновки. Функція зростає на проміжках $(-\infty; -2]$ і $[2; +\infty)$, спадає на проміжку $[-2; 2]$. У точці $x = -2$ похідна змінює знак із «+» на «−», тому це точка максимуму: $f(-2) = (-2)^3 - 12 \cdot (-2) = -8 + 24 = 16$. У точці $x = 2$ похідна змінює знак із «−» на «+», тому це точка мінімуму: $f(2) = 8 - 24 = -16$.
Екстремуми за графіком похідної
Іноді на НМТ дають не графік самої функції, а графік її похідної $y = f^{\prime}(x)$. Тоді точки, в яких графік похідної перетинає вісь $Ox$ зі зміною знака, є точками екстремуму функції $f(x)$. Якщо зліва від точки графік похідної лежить вище осі (знак «+»), а справа — нижче (знак «−»), це точка максимуму. Навпаки — точка мінімуму.
Найбільше й найменше значення на відрізку
Щоб знайти найбільше або найменше значення функції на відрізку $[a; b]$, треба: 1) знайти критичні точки всередині відрізка; 2) обчислити значення функції в цих точках і на кінцях відрізка; 3) порівняти отримані числа. Найбільше з них і буде найбільшим значенням на відрізку, найменше — найменшим. Не плутай точку екстремуму (це $x$) зі значенням функції в ній (це $y$).
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Первісна — це функція, похідна від якої дорівнює заданій функції. Якщо $F^{\prime}(x) = f(x)$, то $F$ називають первісною для $f$. У довідці НМТ є таблиця первісних основних функцій.
Загальний вигляд первісної
Якщо $F(x)$ — одна первісна для $f(x)$, то будь-яка інша первісна має вигляд $F(x) + C$, де $C$ — довільна стала. Чому так? Бо похідна від сталої дорівнює нулю: $(F(x) + C)^{\prime} = F^{\prime}(x) = f(x)$. Тому первісних у функції безліч — вони відрізняються на сталу.
Приклад: для $f(x) = 3x^2 - 4x$ знаходимо первісну за таблицею: $\int x^n dx = \frac{x^{n+1}}{n+1} + C$. Отже, $F(x) = \frac{3x^3}{3} - \frac{4x^2}{2} + C = x^3 - 2x^2 + C$. Перевірка: $(x^3 - 2x^2 + C)^{\prime} = 3x^2 - 4x$ — правильно.
Первісна, що проходить через задану точку
Якщо додатково відомо, що графік первісної проходить через точку $(x_0; y_0)$, сталу $C$ можна знайти. Нехай $F(1) = 5$ для первісної з попереднього прикладу. Підставляємо: $1^3 - 2 \cdot 1^2 + C = 5$ ⇒ $1 - 2 + C = 5$ ⇒ $C = 6$. Отже, шукана первісна: $F(x) = x^3 - 2x^2 + 6$.
Перевірка диференціюванням
Найнадійніший спосіб переконатися, що первісну знайдено правильно, — продиференціювати її. Похідна має збігтися з початковою функцією. Наприклад, варіант $F(x) = x^3 - 4x^2$ не є первісною для $f(x) = 3x^2 - 4x$, бо $F^{\prime}(x) = 3x^2 - 8x \neq f(x)$. Завжди виконуй перевірку — це займає кілька секунд.
Первісні тригонометричних і показникових функцій
Функція | Первісна |
|---|---|
|
|
|
|
|
|
|
|
Зверни увагу: первісною для $\sin x$ є саме $-\cos x$, а не $\cos x$. Це часта помилка. Перевірка: $(-\cos x + C)^{\prime} = \sin x$, що й потрібно.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Визначений інтеграл дозволяє обчислювати площі фігур, обмежених графіками функцій. На НМТ це завдання типу «вибір формули за рисунком» (демо 2026, № 12) або обчислення площі в завданнях з короткою відповіддю.
Площа криволінійної трапеції
Криволінійною трапецією називають фігуру, обмежену графіком неперервної функції $y = f(x)$, віссю $Ox$ і двома вертикальними прямими $x = a$, $x = b$. Якщо на відрізку $[a; b]$ функція $f(x) \ge 0$, то площа такої фігури дорівнює визначеному інтегралу: $S = \int_a^b f(x) \, dx$. Для обчислення використовують формулу Ньютона–Лейбніца, яка є в довідці.
Фігура між двома графіками
Якщо фігура обмежена двома графіками $y = f(x)$ (вищий) і $y = g(x)$ (нижчий) на $[a; b]$, то площа: $S = \int_a^b (f(x) - g(x)) \, dx$. Межі інтегрування $a$ і $b$ — це абсциси точок перетину графіків.
Приклад: фігура, обмежена параболою $y = 4 - x^2$ і віссю $Ox$ ($y = 0$). Знаходимо точки перетину: $4 - x^2 = 0$ ⇒ $x = \pm 2$. Оскільки на $[-2; 2]$ парабола лежить над віссю, площа: $S = \int_{-2}^{2} (4 - x^2) \, dx = \left(4x - \frac{x^3}{3}\right)\big|_{-2}^{2} = \left(8 - \frac{8}{3}\right) - \left(-8 + \frac{8}{3}\right) = \frac{32}{3}$.
Площа під віссю Ox
Якщо на відрізку $[a; b]$ функція $f(x) \le 0$ (графік лежить нижче осі $Ox$), то визначений інтеграл дає від’ємне число. Площа ж завжди додатна, тому її обчислюють як $S = -\int_a^b f(x) \, dx$.
Наприклад: $\int_0^3 (x - 3) \, dx = \left(\frac{x^2}{2} - 3x\right)\big|_0^3 = \left(\frac{9}{2} - 9\right) - 0 = -4{,}5$. Площа фігури між прямою $y = x - 3$ і віссю $Ox$ на відрізку $[0; 3]$ дорівнює $4{,}5$.
Інтеграл за графіком ламаної
Якщо дано графік у вигляді ламаної (наприклад, графік кусково-лінійної функції), визначений інтеграл дорівнює алгебраїчній сумі площ: площа над віссю $Ox$ береться зі знаком «+», площа під віссю — зі знаком «−». Щоб знайти цю суму, можна обчислити площі трикутників і трапецій, на які ламана розбиває фігуру, і додати їх з відповідними знаками.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Приклад 1. Дотична за рисунком
Завдання (вибір однієї з п'яти): Дотична до графіка функції $y = f(x)$ у точці з абсцисою $x_0$ проходить через точки $(-1; 5)$ і $(2; -1)$. Знайдіть $f^{\prime}(x_0)$.
Розв'язання. Кутовий коефіцієнт прямої через дві точки: $k = \frac{y_2 - y_1}{x_2 - x_1} = \frac{-1 - 5}{2 - (-1)} = \frac{-6}{3} = -2$. Отже, $f^{\prime}(x_0) = -2$.
Відповідь: $-2$.
Чому інші варіанти неправильні: $2$ — забули знак «мінус» (узяли модуль кутового коефіцієнта: ${}6/3 = 2$); $-0{,}5$ — поділили $\Delta x$ на $\Delta y$ замість навпаки; $0{,}5$ — поділили $\Delta x$ на $\Delta y$ і втратили знак; $4$ — помилка в арифметиці.
Приклад 2. Первісна функції
Завдання (вибір однієї з п'яти): Укажіть первісну функції $f(x) = 6x^2 - 2\sin x$.
Розв'язання. За таблицею первісних: для $6x^2$ первісна $6 \cdot \frac{x^3}{3} = 2x^3$; для $-2\sin x$ первісна $-2 \cdot (-\cos x) = 2\cos x$. Отже, $F(x) = 2x^3 + 2\cos x$.
Перевірка диференціюванням: $(2x^3 + 2\cos x)^{\prime} = 6x^2 - 2\sin x$ — збігається з $f(x)$.
Відповідь: $2x^3 + 2\cos x + C$.
Чому інші варіанти неправильні: $2x^3 - 2\cos x$ — неправильний знак у первісної синуса; $12x - 2\cos x$ — помилково продиференціювали замість узяти первісну; $3x^3 + 2\cos x$ — не поділили $6x^2$ на 3; $2x^3 + 2\sin x$ — взяли первісну синуса як синус замість $-\cos x$.
Приклад 3. Площа фігури через інтеграл
Завдання (вибір однієї з п'яти): Укажіть формулу площі фігури, обмеженої графіком $y = x^2 - 4x$ і віссю $Ox$.
Розв'язання. Знаходимо точки перетину параболи з віссю $Ox$: $x^2 - 4x = 0$ ⇒ $x(x - 4) = 0$ ⇒ $x = 0$, $x = 4$. На проміжку $[0; 4]$ парабола $y = x^2 - 4x$ лежить нижче осі (оскільки $x^2 - 4x \le 0$ на $[0; 4]$). Тому площа: $S = -\int_0^4 (x^2 - 4x)\,dx = \int_0^4 (4x - x^2)\,dx$.
Відповідь: $\int_0^4 (4x - x^2)\,dx$.
Чому інші варіанти неправильні: $\int_0^4 (x^2 - 4x)\,dx$ — дасть від'ємне число, а площа не може бути від'ємною; $\int_0^2 (4x - x^2)\,dx$ — неправильні межі (брати половину інтервалу); $\int_{-4}^0 (4x - x^2)\,dx$ — неправильні межі (підставили значення $y$ замість коренів рівняння); $\int_0^4 (x^2 + 4x)\,dx$ — неправильний знак у підінтегральному виразі.
Приклад 4. Точка максимуму
Завдання (коротка відповідь): Знайдіть точку максимуму функції $f(x) = x^3 - 3x^2 - 9x + 2$.
Розв'язання. Крок 1. Знаходимо похідну: $f^{\prime}(x) = 3x^2 - 6x - 9 = 3(x^2 - 2x - 3) = 3(x - 3)(x + 1)$.
Крок 2. Прирівнюємо до нуля: $3(x - 3)(x + 1) = 0$ ⇒ $x = 3$ або $x = -1$.
Крок 3. Визначаємо знак похідної на проміжках. На $(-\infty; -1)$ візьмемо $x = -2$: $f^{\prime}(-2) = 3 \cdot (-5) \cdot (-1) = 15 > 0$ («+»). На $(-1; 3)$ візьмемо $x = 0$: $f^{\prime}(0) = 3 \cdot (-3) \cdot 1 = -9 < 0$ («−»). На $(3; +\infty)$ візьмемо $x = 4$: $f^{\prime}(4) = 3 \cdot 1 \cdot 5 = 15 > 0$ («+»).
Крок 4. Похідна змінює знак із «+» на «−» у точці $x = -1$ — це точка максимуму. У точці $x = 3$ знак змінюється з «−» на «+» — це точка мінімуму.
Відповідь: $-1$.
Пастки: відповідь $3$ — це точка мінімуму, а не максимуму; відповідь $7$ — це значення функції в точці максимуму $f(-1) = 7$, а не сама точка. Уважно читай, що питають: точку максимуму (аргумент $x$) чи максимум (значення $y$).
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Плутають табличні похідні. Найпоширеніші помилки:
$(\cos x)^{\prime} = \sin x$(правильно:$-\sin x$),$(1/x)^{\prime} = 1/x^2$(правильно:$-1/x^2$). Користуйся довідкою уважно.Забувають сталу
$C$у загальному вигляді первісної. Якщо в умові не сказано «первісна, що проходить через точку», відповідь має містити$+ C$. І навпаки: якщо дано точку, сталу треба знайти — не залишай$C$невизначеною.Записують площу фігури під віссю
$Ox$від'ємним числом. Площа завжди додатна. Якщо інтеграл вийшов від'ємним, візьми його зі знаком «мінус» або поміняй підінтегральну функцію місцями:$S = -\int_a^b f(x)\,dx$.За рисунком дотичної ділять
$\Delta x$на$\Delta y$замість правильного$\Delta y / \Delta x$. Або беруть точки, що не лежать на дотичній. Переконайся, що обидві точки належать саме дотичній, а не графіку функції.Плутають точку екстремуму (аргумент
$x$) і екстремум функції (значення$y$). Уважно читай запитання: «точка максимуму» — це$x$, «максимум функції» — це$f(x)$.Вважають найбільше значення на відрізку рівним максимуму функції, не перевіривши кінців відрізка. Найбільше значення може виявитися на кінці відрізка, а не в критичній точці. Завжди порівнюй значення в усіх кандидатах.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Завдання на похідну, дослідження функції, первісну й інтеграл зустрічаються в різних частинах НМТ.
У демоваріанті 2026 року завдання № 12 — площа фігури через визначений інтеграл, вибір формули за рисунком (тема 3.5). Тип: вибір однієї з п'яти; оцінювання: 0 або 1 бал.
Завдання № 19 — значення кусково заданої функції та її похідної (теми 3.3 + 3.2). Тип: коротка відповідь; оцінювання: 0 або 2 бали.
За аналізом програми НМТ, тема 3.3 (похідна та її застосування) дає приблизно 0,5 завдання на тест (0–1), тема 3.4 (дослідження функції за допомогою похідної) — 0–0,5, тема 3.5 (первісна та визначений інтеграл) — приблизно 0,5 (0–1).
У довідці, яку надають на тестуванні, є таблиця похідних і правила диференціювання, таблиця первісних основних функцій і формула Ньютона–Лейбніца. Геометричного й фізичного змісту похідної та рівняння дотичної в довідці немає — це треба знати напам'ять.
В аналізі програми похідну та її застосування й первісну за графіком названо серед найскладніших тем (експертна оцінка). Варто приділити цим завданням додаткову увагу під час підготовки.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Як за рисунком дотичної знайти значення похідної?
Знайди на рисунку дотичну й вибери на ній дві точки з чітко видимими координатами (вони не обов'язково збігаються з точками графіка функції). Обчисли кутовий коефіцієнт за формулою $k = \frac{y_2 - y_1}{x_2 - x_1}$. Це число й дорівнює $f^{\prime}(x_0)$. Якщо дотична спадає, результат буде від'ємним; якщо горизонтальна — нуль.
Чим точка максимуму відрізняється від максимуму функції?
Точка максимуму — це значення аргументу $x$, для якого значення функції більше за всі її значення в деякому околі цієї точки (похідна змінює в ній знак із «+» на «−»). Максимум функції — це значення функції в точці максимуму, тобто $y = f(x)$. Наприклад, для $f(x) = -x^2$ точка максимуму — $x = 0$, а максимум функції — $f(0) = 0$. Уважно читай, що питають у завданні.
Навіщо в первісній стала C?
Похідна від будь-якої сталої дорівнює нулю. Тому якщо $F(x)$ — первісна для $f(x)$, то й $F(x) + C$ теж первісна для $f(x)$ за будь-якого значення $C$. Стала $C$ описує сім'ю всіх можливих первісних, які відрізняються вертикальним зсувом графіка.
Чому площа не може бути від'ємною, а інтеграл може?
Площа — це геометрична характеристика фігури, вона завжди вимірюється додатним числом. Визначений інтеграл — це алгебраїчна сума площ, у якій площі під віссю $Ox$ враховуються зі знаком «мінус». Тому, обчислюючи площу, спочатку визнач, чи лежить фігура над віссю чи під нею, і при потребі візьми модуль інтеграла.
Як перевірити, що первісну знайдено правильно?
Продиференціюй одержану первісну. Якщо похідна збігається з початковою функцією $f(x)$, то первісну знайдено правильно. Наприклад, $(2x^3 + 2\cos x)^{\prime} = 6x^2 - 2\sin x$ — це збігається з $f(x) = 6x^2 - 2\sin x$, отже, первісна правильна. Не нехтуй цією перевіркою навіть на тесті.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Значення похідної в точці
$x_0$дорівнює кутовому коефіцієнту дотичної:$f^{\prime}(x_0) = k = \tg \alpha$. Геометричного змісту в довідці НМТ немає — вивчи його напам'ять.Похідна змінює знак з «+» на «−» у точці максимуму, з «−» на «+» — у точці мінімуму. Точки, де
$f^{\prime}(x) = 0$або не існує, — кандидати в екстремуми.Первісна визначена з точністю до сталої
$C$. Завжди перевіряй правильність первісної диференціюванням.Площа фігури під віссю
$Ox$обчислюється як інтеграл зі знаком «мінус»:$S = -\int_a^b f(x)\,dx$. Площа завжди додатна.Межі інтегрування — це абсциси точок перетину графіків, що обмежують фігуру.
Найбільше значення на відрізку: порівняй значення в критичних точках і на кінцях відрізка. Не роби висновок тільки за критичними точками.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Перевірте себе на цьому юніті
Спробуйте ці 5 запитань — оберіть відповідь, щоб побачити, чи ви праві й чому. Приєднайтеся, щоб пройти повний тест юніту, який іде в глибину по цьому юніту.
1. Яка з функцій є первісною для $f(x)=8x^3-\frac{1}{x^2}$, де $x>0$? Виконайте перевірку диференціюванням.
2. У якій точці функція $f(x)=x^3-3x^2-9x+5$ досягає максимуму?
3. Фігуру, обмежену графіком функції $y=9-x^2$ і віссю $Ox$, поділено на дві частини віссю $Oy$. Укажіть формулу для обчислення площі частини, що лежить праворуч від осі $Oy$.
4. Для функції $f(x) = 2x^3 - 5x + 3$ знайдіть $f'(1)$.
5. Дотична до графіка функції $y=f(x)$ у точці з абсцисою $x_0$ проходить через точки $(-3; 4)$ і $(1; -4)$. Чому дорівнює $f'(x_0)$?
Це лише дрібка самоперевірки — повний тест юніту йде в глибину й використовує всі 12 запитань цього юніта і точно визначає, що вивчати.
Приєднатися, щоб пройти тест