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  1. 1

    Aufgabe 1

    Bei einem Secret-Sharing-Verfahren wird ein Geheimnis in Teilgeheimnisse auf verschiedene Personen aufgeteilt, um die Verantwortung in mehrere Hände zu legen. Es kann sinnvoll sein, dass ein geheimer Code, z.B. zum Öffnen eines Tresors, nicht einer Person allein bekannt ist, sondern lediglich von mehreren Personen gemeinsam ermittelt werden kann.

    Unternehmen können ein solches Verfahren beispielsweise auf geometrischer Basis realisieren. Hierbei kann eine Auswahl von Mitarbeitenden mit Kenntnissen über notwendige Teilgeheimnisse den geheimen Code ermitteln, indem sie ihre Teilgeheimnisse in ein Computersystem eingeben, welches mit den Eingaben geometrische Fragestellungen löst.

    Vereinfachend wird im Folgenden angenommen, dass der zu ermittelnde geheime Code immer aus drei Ziffern besteht.

    1. Das Computersystem kennt die Gerade gg mit

      g:x=(134)+t(421),tR\def\arraystretch{1.25} g: \vec{x}=\left(\begin{array}{l}1 \\3 \\4\end{array}\right)+t \cdot\left(\begin{array}{c}4 \\-2 \\-1\end{array}\right), t \in \mathbb{R}

      Die Punkte A(031),B(421)A(0|-3|-1), B(4|2| 1) und C(111)C(1|-1|-1) liegen in einer Ebene HH. Drei eingeweihte Mitarbeiter kennen als Teilgeheimnisse die Koordinaten von jeweils einem dieser Punkte. Der geheime Code wird durch die Koordinaten des Schnittpunktes SS der Geraden gg mit der Ebene HH ermittelt.

      (i) Die Koordinaten der Punkte A,BA, B und CC werden ins System eingegeben.

      Berechnen Sie den geheimen Code.

      (ii) Der Punkt SS liegt nicht auf der Geraden durch AA und BB. Ein vierter Mitarbeiter erhält den Punkt D(12125)D(12|12| 5) als Teilgeheimnis. Der Punkt DD liegt in der Ebene HH.

      Begründen Sie, warum bei der Eingabe der Koordinaten der Punkte A,BA, B und DD das System den geheimen Code trotzdem nicht ermitteln kann.

      (7 P)

    2. Es ist nicht nur möglich, die Koordinaten von Punkten von Ebenen in das System einzugeben, das System kann auch andere Informationen über die Ebene verarbeiten, z.B. die Koordinaten eines Normalenvektors. Eine Geschäftsführerin kennt als Teilgeheimnis die Koordinaten eines Normalenvektors der Ebene HH.

      (i) Begründen Sie, warum die Geschäftsführerin bereits zusammen mit einem beliebigen der vier eingeweihten Mitarbeiter den geheimen Code ermitteln kann.

      (ii) Berechnen Sie einen Normalenvektor von HH. (4 P)

  2. 2

    Aufgabe 2

    Die Aufgabe 2 ist eine Fortsetzung der Aufgabe 1.

    Ein anderes Unternehmen verwendet als geheimen Code die ersten drei Ziffern der ungerundeten Dezimaldarstellung des Volumens einer quadratischen Pyramide. Die quadratische Grundfläche der Pyramide liegt in der dem System bekannten Ebene Q:3x1+4x3=9Q:-3 x_{1}+4 x_{3}=9.

    Eine Geschäftsführerin kennt (1,53,56,5)(1{,}5|3{,}5| 6{,}5) als Koordinaten der Spitze der Pyramide. Die Mitarbeitenden kennen als Teilgeheimnisse die Koordinaten von jeweils einem Eckpunkt der Grundfläche.

    Drei Mitarbeitende und die Geschäftsführerin geben ihre Teilgeheimnisse (113),(163)(1|1| 3),(1|6| 3),

    (⁣5165|1| 6) und (1,53,56,5)(1{,}5|3{,}5| 6{,}5) ein.

    Berechnen Sie den geheimen Code. (5 P)

  3. 3

    Aufgabe 3

    Die Aufgabe 3 ist eine Fortsetzung der Aufgabe 1.

    Ein weiteres Unternehmen verwendet als geheimen Code die ersten drei Nachkommastellen der ungerundeten Länge der Höhe hIJh_{\overline{I J}} eines gleichschenkligen Dreiecks IJKI J K mit der Basis IJ\overline{I J}.

    Zwei Mitarbeitende kennen als Teilgeheimnisse mit I(432)I(4|3| 2) bzw. J(861)J(8|6|-1) jeweils die Koordinaten eines der beiden Endpunkte der Basis IJ\overline{I J}, ein dritter eingeweihter Mitarbeitender kennt mit K(651)K(6|5| 1) die Koordinaten der Spitze des gleichschenkligen Dreiecks IJKI J K.

    1. Zeigen Sie, dass I,JI, J und KK die Eckpunkte eines gleichschenkligen Dreiecks mit der Basis IJ\overline{I J} sind. (2 P)

    2. Berechnen Sie den geheimen Code.

      [[Zur Kontrolle: Der geheime Code ist 707.]] (2 P)

    3. Der Punkt L(640)L(6|4| 0) ergibt sich durch Spiegelung des Punktes KK an der Geraden IJI J

      [[Ein Nachweis ist nicht erforderlich]]. Mit den Koordinaten von LL kann ein anderer Mitarbeitender zusammen mit den Mitarbeitenden, die die Koordinaten von II und JJ kennen, den geheimen Code ermitteln.

      Ein weiterer Mitarbeitender soll die Koordinaten eines Punktes PP erhalten, der wie KK bzw. LL zusammen mit den Punkten II und JJ ein gleichschenkliges Dreieck IJPI J P mit der Basis IJ\overline{I J} bildet. Auch aus den Koordinaten von I,JI, J und PP soll sich in gleicher Weise wie oben beschrieben der in b) berechnete geheime Code ergeben.

      (i) Beschreiben Sie die Lage geeigneter Punkte.

      (ii) Aus Sicherheitsgründen sollen sich die Koordinaten des Punktes PP von den Koordinaten der beiden Punkte KK und LL unterscheiden.

      Ermitteln Sie rechnerisch die Koordinaten eines geeigneten Punktes PP.

      [[Hinweis: Die Koordinaten des Punktes PP müssen nicht ganzzahlig sein.]]

      (5 P)


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