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B3

  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.

    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.

    1. Die Koordinaten der Punkte A,BA, B und CC werden ins System eingegeben.

      Berechnen Sie den geheimen Code. (5 P)

    2. 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. (2 P)

    3. Bestimmen Sie rechnerisch die Koordinaten eines von CC und SS verschiedenen Punktes EE so, dass durch die Eingabe der Koordinaten der Punkte A,BA, B und EE der geheime Code ermittelbar ist. (3 P)

  2. 2

    Aufgabe 2

    Die Aufgabe 2 ist eine Fortsetzung der Aufgabe 1.

    Für ein aRa \in \mathbb{R} ist die Gerade ha:x=(781)+s(3a7a),sRh_{a}: \vec{x}=\begin{pmatrix}-7 \\ 8 \\ -1\end{pmatrix}+s\cdot \begin{pmatrix}3 a \\ -7 \\ a\end{pmatrix}, s \in \mathbb{R}, gegeben. Die Koordinaten des Schnittpunktes S(513)S(5|1| 3) der Geraden gg aus Aufgabe 1 mit der Geraden hah_{a} sind der geheime Code.

    1. Bestimmen Sie aRa \in \mathbb{R} so, dass sich gg und hah_{a} im Punkt SS schneiden. (2 P)

    2. Eingeweihte Mitarbeitende sollen als Teilgeheimnisse jeweils die Koordinaten eines von SS verschiedenen Punktes erhalten, der auf der Geraden h4h_{4} liegt.

      Geben Sie die Koordinaten eines von (781)(-7|8|-1) und SS verschiedenen Punktes PP an, der als Teilgeheimnis geeignet ist. (1P)(1 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}.

    Drei eingeweihte Mitarbeitende kennen als Teilgeheimnisse mit I(432),J(861)I(4|3| 2), J(8|6|-1) und K(651)K(6|5| 1) jeweils die Koordinaten eines Eckpunktes 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. (3 P)

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

      Ermitteln Sie rechnerisch die Koordinaten eines geeigneten Punktes LL. (2 P)


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