Перейти до основного вмісту
Каталог

Первісна: таблиця й правила знаходження

~15 хв · 8 розділів · 9 тестових запитань

Похідна та інтеграл
Математика НМТ

Частина кар’єрної траєкторії НМТ 2027: 3 обов’язкові + українська література.

Таблиця первісних і правила знаходження: сума, сталий множник, функція f(kx + b). Як знайти сталу C, якщо графік первісної проходить через задану точку, і перевірити результат диференціюванням.

Первісна та її перевірка диференціюванням

Уявімо, що ми знаємо швидкість руху тіла в кожен момент часу, а хочемо відновити закон його руху — координату як функцію часу. Це обернена задача до знаходження похідної. Вона приводить нас до поняття первісної.

Означення первісної

Нехай функція f визначена на деякому проміжку. Функцію F називають первісною для f на цьому проміжку, якщо для всіх x з цього проміжку виконується рівність F′(x) = f(x). Іншими словами, похідна первісної дорівнює початковій функції. Процес знаходження первісної називають інтегруванням — це дія, обернена до диференціювання.

Найпростіші приклади

Розгляньмо функцію f(x) = 2x. Яка функція має похідну 2x? Згадуємо таблицю похідних: (x²)′ = 2x. Отже, F(x) = x² — первісна для f(x) = 2x. Але не єдина: (x² + 5)′ = 2x і (x² − √3)′ = 2x теж. Будь-яка функція вигляду x² + C, де C — довільне число, є первісною для 2x.

Інші приклади:

  • Для f(x) = cos x первісна F(x) = sin x, бо (sin x)′ = cos x.

  • Для f(x) = 3x² первісна F(x) = x³, бо (x³)′ = 3x².

Основна властивість первісних

Якщо F₁(x) і F₂(x) — дві первісні однієї й тієї самої функції f на проміжку, то вони відрізняються на сталу: F₂(x) − F₁(x) = C. Справді, похідна різниці дорівнює f(x) − f(x) = 0, а функція, чия похідна скрізь нуль, — стала.

Звідси випливає, що загальний вигляд первісних для функції f записують як F(x) + C, де F — одна з первісних, а C — довільна стала. Геометрично це означає, що графіки всіх первісних отримують один з одного паралельним перенесенням уздовж осі Oy.

Рендеринг діаграми…

Перевірка диференціюванням

Найнадійніший спосіб переконатися, що функцію знайдено правильно, — продиференціювати її й порівняти з початковою функцією.

Приклад 1. Чи є F(x) = x³ − 2x + 7 первісною для f(x) = 3x² − 2? Знаходимо похідну: F′(x) = 3x² − 2. Оскільки F′(x) = f(x), відповідь — так.

Приклад 2. Чи є F(x) = x³ − x² первісною для f(x) = 3x² − 2? Похідна: F′(x) = 3x² − 2x. Це не дорівнює 3x² − 2, тому F не є первісною для f.

Запам'ятай: перевірка диференціюванням — універсальний спосіб, який працює завжди, навіть коли ти не впевнений(а) у правилі інтегрування.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Таблиця первісних

Як і для похідних, для первісних існує таблиця основних функцій. Вона є в довідкових матеріалах НМТ, але користуватися нею треба вміти швидко й безпомилково. Нижче подано таблицю первісних у тому вигляді, як вона трапляється на іспиті.

Функція f(x)

Загальний вигляд первісних F(x) + C

Примітка

0

C

Похідна сталої — нуль

1

x + C

Одиниця — окремий випадок x⁰

x^α, α ≠ −1

x^(α+1) / (α+1) + C

Показник збільшуємо на 1 і ділимо на новий показник

1/x

ln|x| + C

Виняток: α = −1 давав би ділення на нуль

eˣ

eˣ + C

Експонента не змінюється

sin x

−cos x + C

Знак мінус — важливо!

cos x

sin x + C

1/cos²x

tg x + C

Степенева функція: детальні приклади

Для степеневої функції x^α (α ≠ −1) алгоритм простий: збільшуємо показник на 1 і ділимо на новий показник.

  • x⁴ → x⁵/5 + C

  • 1/x² = x⁻² → x⁻¹/(−1) = −1/x + C

  • √x = x^(1/2) → x^(3/2) / (3/2) = (2/3)x√x + C

  • 1/√x = x^(−1/2) → x^(1/2) / (1/2) = 2√x + C

Виняток: 1/x

Якби ми застосували формулу x^α до 1/x = x⁻¹, то отримали б x⁰/0 — ділення на нуль, що неможливо. Тому для 1/x первісною є ln|x|. На проміжку x > 0 можна писати просто ln x.

Знаки в тригонометрії

Тут легко помилитися, тому порівняймо з похідними:

Функція

Похідна

Первісна

sin x

cos x

−cos x + C

cos x

−sin x

sin x + C

Зверни увагу: похідна cos x дорівнює −sin x, тому первісна sin x — це −cos x (щоб після диференціювання мінуси скоротилися).

Первісна числа

Первісна сталої k — це kx + C, а не нуль! Наприклад, для f(x) = 5 первісна F(x) = 5x + C, бо (5x)′ = 5. Нуль — це похідна сталої, а не первісна.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Правила знаходження первісних і стала C

Таблиця первісних дає змогу інтегрувати найпростіші функції. Для складніших випадків існують правила, які дозволяють звести функцію до табличних форм. На відміну від таблиці, цих правил у довідці НМТ немає — їх треба знати напам'ять.

Правило суми

Первісна суми функцій дорівнює сумі первісних кожного доданка. Якщо F — первісна для f, а G — первісна для g, то F + G — первісна для f + g.

Приклад: f(x) = 3x² + cos x. Первісна для 3x² — x³, для cos x — sin x. Отже, загальний вигляд: F(x) = x³ + sin x + C.

Сталий множник

Сталий множник можна виносити за знак інтегрування: первісна для k·f(x) дорівнює k·F(x), де F — первісна для f.

  • 6x² → 6·(x³/3) = 2x³ + C

  • 4/x → 4·ln|x| + C

  • 3eˣ → 3eˣ + C

  • −2 sin x → −2·(−cos x) = 2cos x + C

Правило для f(kx + b)

Якщо аргумент функції має вигляд kx + b, де k ≠ 0, то первісна дорівнює (1/k)·F(kx + b), де F — первісна для f. Іншими словами, ділимо на коефіцієнт біля x.

  • cos 3x → (1/3)sin 3x + C

  • e^(2x) → (1/2)e^(2x) + C

  • (2x + 1)³ → (1/2)·(2x + 1)⁴/4 = (2x + 1)⁴/8 + C

Поширена помилка: множити на k замість ділити. Запам'ятай: похідна від F(kx + b) дає k·f(kx + b), тому при інтегруванні треба компенсувати — ділити на k.

Первісна добутку та частки

Первісна добутку не дорівнює добутку первісних! Якщо маєш добуток або частку, спершу спрости вираз — розкрий дужки або поділи почленно.

  • x(x + 1) = x² + x → первісна x³/3 + x²/2 + C

  • (x + 1)/x = 1 + 1/x → первісна x + ln|x| + C

Знаходження сталої C за точкою на графіку

Загальний вигляд первісних містить довільну сталу C. Якщо відомо, що графік первісної проходить через конкретну точку, можна знайти C.

Алгоритм:

  1. Знайди загальний вигляд первісних F(x) + C.

  2. Підстав координати точки (x₀; y₀) у рівність F(x₀) + C = y₀.

  3. Розв'яжи рівняння відносно C і запиши конкретну первісну.

Приклад 1. Для f(x) = 2x + 3 і точки M(1; 6): загальний вигляд F(x) = x² + 3x + C. Підставляємо: 1 + 3 + C = 6, звідси C = 2. Отже, F(x) = x² + 3x + 2.

Приклад 2. Для f(x) = 3x² − 4x і точки (2; 1): F(x) = x³ − 2x² + C. Підставляємо: 8 − 8 + C = 1, C = 1. Отже, F(x) = x³ − 2x² + 1.

Фізичний зміст: рух

Якщо відома швидкість v(t) як функція часу, то координата s(t) — це первісна для v(t). Початкова координата s(0) дає значення сталої C.

Приклад: v(t) = 6t + 2, s(0) = 5. Первісна для 6t + 2 — 3t² + 2t + C. Підставляємо t = 0: 0 + 0 + C = 5, C = 5. Отже, закон руху: s(t) = 3t² + 2t + 5.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Розбираємо завдання

Розгляньмо типові завдання НМТ на тему первісної. Кожен приклад містить умову, покрокове розв'язання, правильну відповідь і пояснення, чому інші варіанти хибні.

Приклад 1. Вибір первісної з-поміж п'яти варіантів

Умова: Укажіть первісну для функції f(x) = 4x³ − 2x.

Варіанти відповідей:

  • А) 12x² − 2

  • Б) 4x⁴ − 2x²

  • В) x⁴ − 2x²

  • Г) x⁴/4 − x²/2

  • Д) x⁴ − x² + 3

Розв'язання. Знаходимо первісну почленно: для 4x³ — 4·x⁴/4 = x⁴; для −2x — −2·x²/2 = −x². Отже, загальний вигляд: x⁴ − x² + C. Серед варіантів бачимо x⁴ − x² + 3 — це первісна з конкретною сталою C = 3.

Перевірка диференціюванням: (x⁴ − x² + 3)′ = 4x³ − 2x = f(x). Усе правильно.

Чому хибні інші варіанти:

  • 12x² − 2 — це похідна від 4x³ − 2x, а не первісна.

  • 4x⁴ − 2x² — не поділено на новий показник (4 і 2 відповідно).

  • x⁴ − 2x² — не поділено коефіцієнт −2x (має бути −x²).

  • x⁴/4 − x²/2 — загублено коефіцієнти 4 і −2.

Відповідь: Д) x⁴ − x² + 3.

Приклад 2. Логічні пари «функція — первісна»

Умова: Установіть відповідність між функціями (1–3) та їхніми первісними (А–Д).

Функції:

  • 1) f(x) = sin x

  • 2) f(x) = 1/x²

  • 3) f(x) = eˣ + 1

Первісні:

  • А) −cos x

  • Б) −1/x

  • В) eˣ + x

  • Г) cos x

  • Д) −2/x³

Розв'язання.

  • 1) sin x → первісна −cos x (А). Варіант Г) cos x — хибний, бо (cos x)′ = −sin x, а не sin x.

  • 2) 1/x² = x⁻² → первісна x⁻¹/(−1) = −1/x (Б). Варіант Д) −2/x³ — це похідна від 1/x², а не первісна.

  • 3) eˣ + 1 → первісна eˣ + x (В).

Відповідь: 1–А, 2–Б, 3–В.

Приклад 3. Первісна, графік якої проходить через точку

Умова: Для функції f(x) = 2x − 4 укажіть первісну, графік якої проходить через точку M(2; 5).

Варіанти:

  • А) x² − 4x + 5

  • Б) x² − 4x + 1

  • В) x² − 4x

  • Г) 2x² − 4x + 5

  • Д) x² − 4x + 9

Розв'язання. Загальний вигляд первісних: F(x) = x² − 4x + C. Підставляємо точку M(2; 5): 2² − 4·2 + C = 5, тобто 4 − 8 + C = 5, C = 9. Отже, F(x) = x² − 4x + 9.

Чому хибні інші варіанти:

  • x² − 4x + 5 — сталу C прирівняли до ординати точки (5), не розв'язавши рівняння.

  • x² − 4x + 1 — помилка знака: 4 − 8 = −4, а −4 + C = 5 дає C = 9, не 1.

  • x² − 4x — забуто сталу C.

  • 2x² − 4x + 5 — не поділено коефіцієнт 2 при інтегруванні 2x.

Відповідь: Д) x² − 4x + 9.

Приклад 4. Загальний вигляд первісних для f(kx + b)

Умова: Укажіть загальний вигляд первісних для функції f(x) = cos 3x.

Варіанти:

  • А) 3sin 3x + C

  • Б) sin 3x + C

  • В) −(1/3)sin 3x + C

  • Г) −3sin 3x + C

  • Д) (1/3)sin 3x + C

Розв'язання. Первісна для cos x — це sin x. За правилом f(kx + b) ділимо на k = 3: F(x) = (1/3)sin 3x + C.

Перевірка: ((1/3)sin 3x)′ = (1/3)·3·cos 3x = cos 3x.

Чому хибні інші варіанти:

  • 3sin 3x + C — помножено на k замість поділити.

  • sin 3x + C — загублено множник 1/k.

  • −(1/3)sin 3x + C — хибний знак (мінус потрібен для sin x, а не для cos x).

  • −3sin 3x + C — і хибний знак, і помножено замість поділити.

Відповідь: Д) (1/3)sin 3x + C.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Типові помилки й пастки

На НМТ завдання на первісну часто містять пастки, які розраховані на неуважність. Ось найпоширеніші помилки.

  • Знаходять похідну замість первісної. Наприклад, для x³ пишуть 3x² — це похідна, а первісна має бути x⁴/4. Завжди запитуй себе: «Я роблю дію, обернену до диференціювання?»

  • Забувають сталу C у загальному вигляді первісних. Якщо в завданні просять «загальний вигляд», C обов'язкова. Так само під час пошуку первісної через точку спершу записують F(x) + C, а потім знаходять C.

  • У формулі для x^α не ділять на новий показник або ділять на старий. Правильно: x⁴ → x⁵/5, а не x⁵/4 чи просто x⁵.

  • Застосовують формулу x^α до 1/x й отримують ділення на нуль. Пам'ятай: для 1/x первісна — ln|x|, це виняток.

  • Первісною sin x вважають cos x, гублячи мінус. Правильно: −cos x. Перевір: (−cos x)′ = −(−sin x) = sin x.

  • Первісною числа вважають 0 замість kx. Наприклад, для f(x) = 5 первісна 5x + C, а не 0. Нуль — це похідна сталої.

  • У первісній f(kx + b) множать на k замість ділити. Правило: cos 3x → (1/3)sin 3x, а не 3sin 3x.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Як це перевіряють на НМТ

Первісна належить до теми програми «Первісна та визначений інтеграл. Застосування визначеного інтеграла для обчислення площ плоских фігур» (розділ «Функції»); означення, таблиця й правила знаходження первісних — рівень стандарту. Програма вимагає знати «означення первісної функції», «таблицю первісних функцій», «правила знаходження первісних» та вміти «знаходити первісну, використовуючи її основні властивості».

Довідкові матеріали

У довідці НМТ є таблиця первісних для функцій: 0, 1, x^α, 1/x, eˣ, sin x, cos x, 1/cos²x, а також формула Ньютона–Лейбніца. Правил знаходження первісних (сума, сталий множник, f(kx + b)) у довідці немає — їх треба знати напам'ять.

Формат завдань

У демоваріанті НМТ-2026 до цієї теми найближче завдання 12: за рисунком треба вибрати формулу площі фігури через визначений інтеграл (вибір однієї відповіді з п'яти, 0 або 1 бал); знаходити первісну в ньому не потрібно. У вибірці з 4 тестів 2023–2024 похідна чи первісна траплялася серед завдань 4–15.

Стратегія виконання

Найнадійніший спосіб вибрати первісну з-поміж п'яти варіантів — продиференціювати кожен варіант і знайти той, чия похідна збігається з f(x). Це особливо корисно, коли сумніваєшся в правилі інтегрування. Диференціювати ти вже вмієш, і це займає всього кілька секунд.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Питання й відповіді

Чому до первісної додають сталу C?

Тому що похідна сталої дорівнює нулю. Якщо F(x) — первісна для f(x), то (F(x) + C)′ = F′(x) + 0 = f(x) для будь-якого числа C. Отже, функція має безліч первісних, які відрізняються на сталу. Загальний вигляд F(x) + C описує всі ці первісні.

Як перевірити, що первісну знайдено правильно?

Найпростіший спосіб — продиференціювати знайдену первісну. Якщо похідна дорівнює початковій функції, то первісну знайдено правильно. Наприклад, знайшли F(x) = x⁴ − x² + 3 для f(x) = 4x³ − 2x. Перевіряємо: F′(x) = 4x³ − 2x = f(x) — усе вірно.

Чому формула для x^α не працює для 1/x?

Формула x^α → x^(α+1)/(α + 1) потребує ділення на α + 1. Для 1/x = x⁻¹ маємо α = −1, тому α + 1 = 0, а ділити на нуль не можна. Тому для 1/x первісною є ln|x| — це окремий випадок, який треба запам'ятати.

Чим первісна відрізняється від похідної?

Похідна показує миттєву швидкість зміни функції. Первісна — це функція, для якої дана функція є похідною. Іншими словами, знаходження похідної — це диференціювання (пряма дія), а знаходження первісної — інтегрування (обернена дія). Якщо F — первісна для f, то f — похідна для F.

Як знайти первісну, графік якої проходить через задану точку?

Спочатку знаходять загальний вигляд первісних F(x) + C. Потім підставляють координати точки (x₀; y₀) у рівність F(x₀) + C = y₀ і розв'язують рівняння відносно C. Наприклад, для f(x) = 2x − 4 і точки M(2; 5): F(x) = x² − 4x + C; 4 − 8 + C = 5; C = 9; отже, F(x) = x² − 4x + 9.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Коротко: головне

  • F — первісна для f, якщо F′ = f. Перевіряй диференціюванням.

  • Загальний вигляд первісних — F(x) + C, де C — довільна стала.

  • Таблиця первісних: x^α → x^(α+1)/(α + 1) при α ≠ −1; 1/x → ln|x|; sin x → −cos x; cos x → sin x; eˣ → eˣ.

  • Сума — інтегруємо почленно; сталий множник виносимо; f(kx + b) → F(kx + b)/k.

  • Первісна добутку не дорівнює добутку первісних — спершу спрости вираз.

  • Точка на графіку первісної: підстав координати в F(x) + C і знайди C.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Самоперевірка

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. Для функції $f(x)=6x+4$ знайдіть первісну, графік якої проходить через точку $M(1;\,0)$.

2. Дано функції $F_{1}(x)=x^{3}-x$, $F_{2}(x)=x^{3}-x+5$ і $F_{3}(x)=x^{3}+x$. Для функції $f(x)=3x^{2}-1$ укажіть **НЕПРАВИЛЬНЕ** твердження.

3. Знайдіть **загальний вигляд первісних** для функції $f(x)=2e^{x}-3\cos x$.

4. Для функції $f(x)=2x+5$ знайдіть первісну, графік якої проходить через точку $A(0;\,3)$.

5. Для функції $f(x)=3x^{2}-4x+1$ укажіть функцію, яка є її **первісною**.

Це лише дрібка самоперевірки — повний тест юніту йде в глибину й використовує всі 9 запитань цього юніта і точно визначає, що вивчати.

Приєднатися, щоб пройти тест