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Saturday, 1 February 2020

N53-G123 Factorisation of Linear and Quadratic Expressions

Factorising is the "reverse" of expanding brackets. 


Usually, the first step of 'factorising' is  ‘taking out’/extracting the common factors


Factorising Linear Algebraic Expression

Extracting Common Factor/s                   


Rule:            ab + ac = a(b+ c)


Example

Factorise a2 + 3a

    = a(a + 3).           (Step : Look for Common factors ->  a, a2 = a x a)


Example

Simplify 3a + 6b

           = 3(a + 2b)  (Step : Look for common factor -> 3 for 3 and 6)


Example:  

           Simplify 2jk + 6j

                    =  2(jk + 3j)      (Step : Look for common factor -> 2 for 2 and 6)         

                    =  2j(k + 3)        (Step : Look for common factor -> j)


Example

Factorise 5y2 + 10

            = 5y2 + 10y      (Step 1 : Look for Common factors ->  5)

             = 5(y2 + 2y) 

             = 5y (y + 2)      (Step 2 : Repeat looking for common factor -> y)


Factorisation of a Quadratic Expression x 2 +b x + c

To factorise a quadratic expression => 'putting' it into the format


           x2 + bx + c = (x + P)(x + Q) 

  

for x2 quadratic expression, and P and Q are numbers


Let's first expand (x + P)(x + Q) using the rainbow method

   (x + P) (x + Q) = x x x + Qx + Px + P x Q

                            = x  + (P + Q)x + PQ


  => x2 +bx + c = x2 + (P + Q)x + PQ

  => P + Q = b

  => PQ = c


There are a few methods to factorise x2+ b x + c.

The Cross Method X

Example

Factorise x2 + 3x + 2


=> x2 + 3x + 2 = (x + P)(x + Q)


      =>  P + Q = 3 

            P x Q = 2


Draw The cross X:

                      A        P        

                           \ /

                           / \

                      B        Q

What are A, B,?


(1). A and B = Product of x2 => A=x, B = x

      =>            x        P        

                            \ /

                            / \

                      x         Q

(2a)   3x = (Px) + (Qx) =  (P + Q)x 

(2b)    2 = P x Q

=> The factor of 2

2 = 1 x 2

   

Since there is only 1 set of factor => P = 1, Q = 2

      =>            x        1        

                            \ /

                            / \

                      x         2

Using the X to cross-multiply to confirm, 

                     x            1             

                            \ /                        

                            / \                        

                      x           2               

 x x 1 = x, 2 x x = 2x               

=> x + 2 x = 3 x                            


(3) Then the factorisation of x2 + 3x + 2 is as bracket:

       =>            (x        +1)        

                            \ /

                            / \

                      ( x        +2)

        = (x + 1) (x + 2)


Thus, x2 + 3x + 2 = (x + 1) (x + 2)


Note: P = 2 and Q = 1 is also correct.


Example (x 2 + bx + c)

Factorise x 2 + 5x + 6

=> To find P and Q where   x 2 + bx + c = x 2 + 5x + 6 = (x + P)(x + Q)

     => b = 5 = P + Q, c = 6 = PQ 


Step 1 : Draw the cross X

<< Since it is x2  , fill in x2 >>

                     x                [What is P?]

                            \ /

                            / \

                      x               [What is Q?]


Step 2 :  Find factors of c (P X Q) for b (P + Q)

When there is more than 1 set of factors,

Find the factor of c = 6 (P x Q)

6 = 1 x 6, 

              = 2 x 3


Using the X to cross-multiply, 

                     x          2                   x        1

                           \ /                             \ /

                           / \                             / \

                      x         3                    x        6

 x x 3 = 3 x, 2 x x = 2 x                x x 1 = 3 x, x x 6= 2 x

2 x + 3 x = 5 x                               x + 6 x = 7 x


P = 2 , Q = 3


Step 3 : Factorise ( )

  =>              (  x        +2 )       

                            \ /

                            / \

                      ( x         +3)

 Thus,

                 x 2 + 5x + 6 = (x + 2) (x + 3) 


Example (x 2 - bx + c)

Factorise x 2 - 5x + 6

<< Since it is  x 2  , fill in x 2 >>

                     x                [What is P?]           [Step 1 : Draw the cross X]

                            \ /

                            / \

                      x               [What is Q?]



P + Q = -5.      << it is -5 >>.    [Step 2 : Find factors of c (P X Q) for b (P + Q)]

Factor of 6 = 1 x 6

                  = 2 x 3


For +6 (positive 6) to get a negative sum (P + Q),

    => -ve x -ve = +ve 

6 = -1 x -6, 

           = -2 x -3


Using the X to cross-multiply, 

                     x            -2                   x         -1

                            \ /                              \ /

                            / \                              / \

                      x           -3                   x         -6

 x x 3 = -3x, -2 x x = -2x                x x -1 = - x, x x -6= -6x

-2 x + (-3 x) = -5 x                              - x + (-6 x) = -7x


=> P = -2 , Q = -3


Step 3 : Factorise ( )

  =>              (  x        -2 )       

                            \ /

                            / \

                      ( x       -3 )

 Thus,

                 x 2 - 5x + 6 = (x - 2) (x - 3) 


Example (x 2 - bx - c) 

Factorise x2 - 5x - 6

<< Since it is  x 2  , fill in x 2 >>

                     x                [What is P?]           [Step 1 : Draw the cross X]

                            \ /

                            / \

                      x               [What is Q?]



P + Q = -5.                    [Step 2 : Find factors of c (P X Q) for b = -6 (P + Q)]


With a -6 (negative 6), and to obtain a -5 (negative 5),

=> -ve x +ve = -ve 


The factor for 6 = 1 x 6

                         =  2 x 3. 


We can "quickly" filter the probable factor by:

 

=>     -6 = -2 x 3    (=> -2 + 3 = 1)

     = 2 x -3   (    2 + (-3) = -1)

             = 1 x -6   (    1 + (-6) = -5) <= 

             = -1 x 6   (     -1 + 6) = 5


Using the X to cross-multiply to confirm, 

                     x            1             

                            \ /                        

                            / \                        

                      x           -6               

 x x 1 = x, -6 x x = -6x               

x + (-6 x) = -5 x                            


=> P = 1 , Q = -6


Step 3 : Factorise

  =>              (  x        +1 )       

                            \ /

                            / \

                      ( x        -6 )

 Thus,

                 x 2 - 5x - 6 = (x + 1) (x - 6) 


Example (x 2 + bx - c) 

Factorise x 2 + 5x - 6


<< Since it is  x 2  , fill in x 2 >>

                     x                [What is P?]           [Step 1 : Draw the cross X]

                            \ /

                            / \

                      x               [What is Q?]



P + Q = 5.                    [Step 2 : Find factors of c (P X Q) for b = -6 (P + Q)]


With a -6 (negative 6) => -ve x +ve = -ve 


The factor for 6 = 1 x 6

                         =  2 x 3. 


We can "quickly" filter the probable factor by:

 

=>.   -6 = -2 x 3    (=> -2 + 3 = 1)

  = 2 x -3   (    2 + (-3) = -1)

          = 1 x -6   (    1 + (-6) = -5)

          = -1 x 6   (      -1 + 6 = 5 ) <=


Using the X to cross-multiply to confirm, 

                     x            -1             

                            \ /                        

                            / \                        

                      x           +6               

 x x -1 = -x, 6 x x = 6x               

      -x + 6x = -5 x                            


=> P = -1 , Q = 6


Step 3 : Factorise ( )

  =>              (  x        -1 )       

                            \ /

                            / \

                      ( x        6 )

 Thus,

                 x 2 + 5x - 6 = (x - 1) (x + 6) 


Addition and Subtraction of Quadratic Expressions

Number Operations (+ and -) can be performed on Quadratic Expressions.

Example

Simplify (2x2 + 2) + (3x2 + x + 1)

   2x2 + 2 + 3x2 + x + 1 (Step 1 : Open bracket)

        = 2x2 + 3x2 + x + 1 + 2                     (Step2: Group x2, x , numbers)

        = 5x2 + x + 3


——  Level 2 More challenging Question —-

Example

Simplify (2x2– 3x + 8) + (-3x2– x -3)

              2x2– 3x + 8 – 3x2– x  - 3             (Step 1 : Open bracket)

          =  2x2– 3x2– 3x – x + 8 – 3             (Step2: Group x2, x , numbers)

          = -x2– 4x + 5


Practice

1.  Factorise 6x + 12y                 (S17/I/7/1)

2.  Factorise x2 - 5x + 6              (S17/I/7/2)

3.  Factorise x2 - 3x - 4

4.  Factorise a2 - 3a

5.  Factorise x2 + 5x + 4


N123-G23 Factorisation of ax+bx+kay+kby, ax^2 + bx + c

Factorise ax + bx + kay + by (Group Common Factors)

Example 

Factorise x2 – 3x + 2xy – 6y


Step 1 : Look for "paired" common factors

               x2 – 3x + 2xy6y


Step 2:  Extract Common Factors            

           = x(x - 3) + 2yx - 6y     


Step3:  Repeat for other common factors (if any)

          = x(x - 3) + 2y (x – 3)    (Extract y as common factor)


Example

Factorise 2yz + 8z + 3xy + 12x 

                2yz + 8z + 3xy + 12  (Step 1 : Look for "paired" common factors)

             = 2z(y + 4) + 3x(y + 4)    (Step 2 : Extract common factor 2z , 3x)

             = (y+4)(2z + 3x)           : Extract common factor (y + 4)


Recap - Use of:


1. (a + b)2   = (a + b) x (a + b) = a x a + a x b + a x b  + b x b = a2+ 2ab + b2

   

    =>   (a + b)2 = a2 + 2ab + b2 = (b + a)2


2.  (a - b)2   = (a - b) x (a - b) = a x a + a x (-b) + (-b) x  a + (-b x -b) 

                                               = a2 -ab -ab + b2 = a2 - 2ab + b2

            

     =>  (a - b)2   = a2 - 2ab + b2


3.  a2 – b2 = (a + b) x (a - b) = a2 -ab + ab + b2 = a2 - b2


     => a2 – b2 = (a + b) x (a - b)


To remember:

               (a + b)2 = a2 + 2ab + b2 = (b + a)2

       (a - b) = a2 - 2ab + b2

                a2 – b2 = (a + b) x (a - b)


22 = 4               32 = 9               42 = 16               52 = 25             62 = 36

72 = 49             82 = 64             92 = 81             102 = 100         112 = 121


Factorisation of ax2 +bx + c

There are a few methods to factorise ax2+ bx + c

Example: Factorise 2x2+ 5x + 3 => ax2 +bx + c


Step 1: Draw The cross X and list a, b, c

      a=2, b = 5, c = 2


                      [J]x      [P]        

                             \ /

                             / \

                      [K]x      [Q]


Step 2: Write Factor of a , J and K

              a=2 = 1 x 2

 

                   2 x             [What is P?]         

                            \ /

                            / \

                      x               [What is Q?]


      2b: Write factor of c

c = 1 x 3


Using the X to cross-multiply to find b , 

                    2x            1             2x          3

                            \ /                           \ /   

                            / \                           / \

                      x           3               x           1

    2x x 3 = 6x, x x 1= x         2x x1 = 2x, x x 3= 3x                

6x + x = 7x                                    2x + 3x = 5x.   <=


(3) Then the factorisation of 2x2 + 5x + 3 is as bracket:

       =>         (2x        +3)        

                            \ /

                            / \

                      ( x        +1)

        = (2x + 3) (x + 2)


Thus, 2x 2 + 5x + 3 = (2x + 3) (x + 2)


Example

The + Method

Example: Factorise 2x2+ 5x + 3 => ax2 +bx + c

Step 1 : Draw + and fill put in the expression

          [J] x     [P]                

          [K] x     [Q]    |

          —————————-

               x 2 + 6     |  5 x 

                               |

  We need to find the values of  [J], [K], [P], [Q]

J x K are factors of 2(a), and P x Q are factors or 3(b)

Step 2 :  Find in the values

               2 = 1 x 2 (J, K) b = 3 = 1 x 3


            1x      1    |    x                  x    3    |   3x

            2x      3    |   6x                   2x    1    |   2

          —————————-        —————— 

            2x 2 + 3   |  7 x               x 2 +  6    |  5 x <===

                       

    

Step 3 Factorise

                  ( x     +3)     |   3x

                     (2x   +1)     |   2

               —————————-

                 x 2 +    3       |   5x


2x 2 + 5x + 3 = ( x + 3) (x + 2)  


Example: Factorise 2x2+ 5x– 3

Factorise 2x2+ 5x - 3 => ax2 +bx + c


Step 1 : Draw The cross X and list a, b, c

  a=2, b = 5, c = -3


                      [J]x      [P]        

                             \ /

                             / \

                      [K]x      [Q]


Step 2 : Write Factor of a , J and K

              a=2 = 1 x 2

 

                   2 x             [What is P?]         

                            \ /

                            / \

                      x             [What is Q?]


      2b: Write factor of c

   c = 1 x 3

           Since c is negative, => c = 1 x -3 or -1 x 3

  

Using the X to cross-multiply to find b , 

                    2x           1                           2x          -1

                            \ /                                        \ /   

                            / \                                        / \

                      x          -3                            x           3

    2x x 3 = -6x, x x 1= x       2x x -3 = 6,  x -1  = -x                                  

-6x + x = -5x                      6x - x = 5x                 <==


Step 3 : The factorisation of 2x2 + 5x + 3 is as bracket:

       =>         (2x        -1)        

                            \ /

                            / \

                      ( x        3)

        = (2x - 3) (x + 3)


Thus, 2x 2 + 5x - 3 = (2x - 1) (x + 3)


Example

The + Method

Factorise x 2 + 5x + 6 => ax 2 + bx + c

Step 1 : Draw + and fill put in the expression

          [J] x     [P]                

          [K] x     [Q]    |

          —————————-

               x 2 + 6      |  5 x 

                               |

  We need to find the values of  [J], [K], [P], [Q]

J x K are factors of 1(a), and P x Q are factors or 6(b)


Step 2 :  Find in the values

          [1] x      1    |   1 x x          [1] x    3    |   3 x x

          [1] x      6    |   6 x x            [1] x    2    |   2 x

          —————————-        —————————-

               x 2 + 6    |  7 x               x 2 +  6    |  5 x    <===

                       

     a= 1 x 1 (J, K) b = 6 = 1 x 6

        = 3 x 2


Step 3 : Factorise

                  ( x     +3)     |   3x

                     (x     +2)     |   2

               —————————-

                 x 2 +    6       |   5x


x 2 + 5x + 6 = ( x + 3) (x + 2)  


Practice

1.  Factorise x2 - 6x + 9         [2010/P1/7/1]


2.  Factorise 4x2 - 9


3.   Factorise 3ax - 6ay + bx -2by [2010/P2/8a/3]


4.   Factorise 6x2 - 12y - 3 [11/P1/18a/1]


5.   Factorise 2x2 - 7x + 3 [11/P2/6/2]

      Solve for 2x2 - 7x + 3 = 0