MathWorks-Herausforderung zur mathematischen Modellierung

Die MathWorks Math Modeling Challenge (M3 Challenge) ist ein Wettbewerb im Bereich mathematischer Modellierung, der für High Schools in den USA (einschließlich US-Territorien und Schulen des US-Verteidigungsministeriums) sowie für Schulen mit Oberstufenschülern (im Alter von 16 bis 19 Jahren) in England und Wales offen ist. ^{[ 1 ]} Er wird von MathWorks (einem Entwickler von Software für mathematische Berechnungen) mit Sitz in Boston gesponsert und von der Society for Industrial and Applied Mathematics (SIAM) mit Sitz in Philadelphia organisiert . ^{[ 1 ]}

Die M3 Challenge vergibt jährlich Stipendien im Wert von 100.000 US-Dollar an die besten Teams. Zusätzlich erhalten die Gewinnerteams Reisekostenübernahme für das Finale im April in New York City sowie mediale Aufmerksamkeit. Beispiele hierfür sind die Veröffentlichung der Siegerarbeit von 2008 im College Mathematics Journal , ein Auftritt eines Vertreters des High Tech-Teams im FOX Business Channel , Interviews mit Pimm Fox von Bloomberg Radio, die Präsentation der Ergebnisse im Data Capture Center von Lockheed Martin und ein Treffen mit Dr. Robert Groves , dem Direktor des US Census Bureau . Viele Siegerteams veröffentlichten ihre Lösungsarbeiten und Forschungsergebnisse in SIAM Undergraduate Research Online (SIURO), der studentischen Publikation der SIAM. ^{[ 2 ]} Die Gewinner von 2011 und 2012 wurden von Pimm Fox von Bloomberg Radio interviewt, die Gewinner von 2014 von Pimm Fox und Carol Massar, ebenfalls von Bloomberg Radio. ^{[ 3 ]} Viele lokale und regionale Fernseh- und Radiosender interviewen Spitzenteams; und im Jahr 2021 interviewten sowohl NPR ^{[ 4 ]} als auch die BBC Spitzenteams zu ihrer Arbeit und dem Problemthema der Überwindung der digitalen Kluft und der Schaffung eines Internetzugangs für alle.

MathWorks übernahm 2017 das Sponsoring des Wettbewerbs, der früher als Moody's Mega Math (M³) Challenge bekannt war, von der Moody's Foundation. ^{[ 5 ]}

Die Anmeldung steht Schülerinnen und Schülern der Oberstufe (16–19 Jahre) in den entsprechenden Gebieten sowie Schülerinnen und Schülern im Heim- und Onlineunterricht offen. Jedes Team besteht aus drei bis fünf Schülerinnen und Schülern und einem Coach, der Lehrkraft an der jeweiligen Schule sein muss. Jede Schule kann maximal zwei Teams stellen. Die Anmeldung und die Teilnahme an der Challenge sind kostenlos.

Teilnahmeberechtigt sind High Schools in den USA (einschließlich US-Territorien und DoDEA-Schulen). Schulen mit Oberstufenschülern (im Alter von 16 bis 19 Jahren) in England und Wales sind ebenfalls teilnahmeberechtigt.

Die M3 Challenge findet jährlich von Freitag bis Montag Ende Februar oder Anfang März statt. Die Schüler wählen selbst, an welchem ​​Tag und in welchem ​​zusammenhängenden 14-Stunden-Zeitraum sie am Challenge-Wochenende arbeiten möchten. Alle Teams arbeiten in Eastern Standard Time (EST) oder rechnen ihre Ortszeit entsprechend um. Sobald die Aufgabe heruntergeladen ist, startet die Zeitmessung und kann nicht angehalten werden. Die Schüler sollten die Aufgabe daher mindestens 14 Stunden vor dem endgültigen Ende des Challenge-Wochenendes herunterladen, um die vollen 14 Stunden nutzen zu können. Sie können von jedem beliebigen Ort aus arbeiten. Die betreuenden Lehrkräfte müssen während des Challenge-Wochenendes nicht physisch anwesend sein. Es ist den Teammitgliedern untersagt, während des Challenge-Wochenendes mit den betreuenden Lehrkräften oder anderen Personen außer ihren Teammitgliedern über die Aufgabe zu sprechen oder auf irgendeine Weise Hilfe von ihnen zu suchen.

Professionelle angewandte Mathematiker mit Doktortitel entwickeln und formulieren die Aufgabenstellung. Die Studierenden haben vor dem Download am Challenge-Wochenende keine Kenntnis von der Aufgabe. Zur Lösung dürfen sie alle öffentlich zugänglichen, unbelebten Quellen verwenden. Jegliche Hilfe von außen, auch von ihren Dozenten, ist untersagt. Ein hilfreiches Diskussionsforum im Vorfeld der Aufgabenveröffentlichung sowie eine Übungsaufgabe mit Live-Chat-Diskussion finden Sie hier . Nachfolgend sind frühere Aufgaben aufgeführt ^{[ 6 ]} :

Problem 2006 – Lösung der Pattsituation bei der Sozialversicherung Problem 2007 – Den Markt überholen! Problem 2008 – Energieunabhängigkeit trifft auf das Gesetz der unbeabsichtigten Folgen Problem 2009 – 787 Milliarden Dollar: Wird das Konjunkturprogramm die US-Wirtschaft ankurbeln? Problem 2010 – Die Volkszählung von 2010 verstehen Problem 2011 – Wasser des Colorado River: Gut bis zum letzten Acre-Fuß Problem 2012 – Alle einsteigen: Kann die Hochgeschwindigkeitsstrecke wieder auf Kurs kommen? Problem 2013 – Verschwendung vermeiden: Wertstoffe richtig einordnen Problem 2014 – Mittagspausen-Chaos: Kann nahrhaft und lecker sein? Problem 2015 – STEM verkauft sich: Was ist Hochschulbildung wirklich wert? Problem 2016 – Teilen und (Auto-)Sharing – Modellierung neuer Mobilitätsansätze Problem 2017 – Von Küste zu Küste: Ein Blick in die Zukunft mit dem National Park Service Problem 2018 – Besser gegessen als nie: Lebensmittelverschwendung reduzieren Problem 2019 – Einer ist zu viel und tausend nicht genug: Substanzkonsum und -missbrauch Problem 2020 – Weiter geht’s: Umstellung der US-Sattelzüge von Diesel auf Elektro Problem 2021 – Die digitale Kluft überwinden: Internetkosten, Bedarf und optimale Planung Problem 2022 – Remote-Arbeit: Modeerscheinung oder Zukunft? Problem 2023 – Mit dem Wind fahren, ohne außer Atem zu geraten: Das Wachstum der E-Bike-Nutzung Problem 2024 – Zwei Krisen im Vergleich: Wohnungsnot und Obdachlosigkeit Problem 2025 – Brennpunktthema: Cool bleiben in einer sich erwärmenden Welt

Angewandte Mathematiker mit Doktortitel bewerten den Wettbewerb in drei Phasen. In der ersten Runde wird jede Arbeit mindestens zwei- bis fünfmal gelesen, bevor sie aussortiert oder in die zweite Runde weitergeleitet wird. In dieser ersten Runde werden mindestens zwei Drittel der eingereichten Arbeiten aussortiert. In der zweiten Runde werden die Arbeiten bis zu zwölf weitere Male gelesen, und die besten Arbeiten werden ermittelt. Die sechs besten Arbeiten insgesamt werden zu Finalisten und nehmen am Finale mit Präsentation teil. Der 2018 ins Leben gerufene M3 Challenge Technical Computing Scholarship Award zeichnet Teams für herausragende Leistungen im Bereich Computerprogrammierung (außer Tabellenkalkulation) aus; auch diese Preisträger werden zum Finale eingeladen und präsentieren dort. Die Bewertung erfolgt anonym, die Teams sind bis zur Validierungs- und Präsentationsrunde im Finale nur durch eine eindeutige Team-ID bekannt. Finalisten und Preisträger des Technical Computing Scholarship Award präsentieren ihre Arbeiten live vor einer Jury. Im Anschluss an die Präsentationen erstellt die Jury eine Rangliste der Teams, und es findet eine offizielle Preisverleihung statt. ^{[ 7 ]}

Quelle: ^{[ 8 ]}

Alle Schüler, die eine gültige Lösungsarbeit einreichen, erhalten eine Teilnahmebescheinigung, die ihrem betreuenden Lehrer zugeschickt wird. Auch die Betreuer erhalten eine Bescheinigung. Die Jury vergibt zusätzlich Preise an die Halbfinalisten und die Teams mit einer lobenden Erwähnung in Höhe von 1.500 bzw. 1.000 US-Dollar pro Team. Die Preise für die Halbfinalisten werden an Teams vergeben, deren Arbeiten hoch bewertet wurden und von der Jury eingehend diskutiert wurden. Lobende Erwähnungen erhalten Teams, deren Arbeiten aufgrund ihrer herausragenden Leistungen Anerkennung verdienen.

Die Schulen der sechs besten Teams erhalten Pokale. Die Stipendienpreise für die sechs besten Finalistenteams und die Preisträger im Bereich Technisches Rechnen sind wie folgt (GBP-Gegenwert für britische Gewinnerteams) ^{[ 9 ]} :

• M3 Challenge Champions (Summa Cum Laude Teampreis) 20.000 $
• Zweiter Platz bei der M3-Challenge (Teampreis mit Auszeichnung) 15.000 US-Dollar
• Dritter Platz bei der M3-Challenge (Cum Laude Teampreis) 10.000 US-Dollar
• Finalist der M3 Challenge (Preis für das beste Team) 5.000 US-Dollar (3 Teams)
• Gewinner der M3 Challenge im Bereich Technisches Rechnen (3000 US-Dollar)
• M3 Challenge Technisches Rechnen Zweiter Platz 2000 $
• M3 Challenge Technisches Rechnen, dritter Platz, 1000 $

• SIAM erhielt in der ersten Runde des Associations Advance America (AAA) Awards-Programms 2009 einen Award of Excellence für seine Rolle bei der Organisation und Durchführung der Moody's Mega Math Challenge ^{[ 10 ] [ 11 ].}
• Die Moody’s Corporation erhielt 2008 vom Committee Encouraging Corporate Philanthropy (CECP) einen Excellence Award für ihr anspruchsvolles Spendenprogramm, das Schülerinnen und Schüler für Mathematik, Wirtschaftswissenschaften und Finanzen begeistern soll. Besonders hervorgehoben wurde die Moody’s Mega Math Challenge, die Schülerinnen und Schüler dazu anregen soll, Mathematik zur Lösung realer Probleme anzuwenden. ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]}
• Die M ³ Challenge ist seit 2010 auf der National Advisory List of Student Contests & Activities der National Association of Secondary School Principals gelistet. ^{[ 15 ]}

Hier finden Sie einige hilfreiche Ressourcen:

• Handbücher zur mathematischen Modellierung, eines für den Einstieg und eines für die Integration von Computern
• Ein Anleitungsvideo: Über die M3 Challenge
• Richtlinien für die Bewertung und den Unterricht in mathematischer Modellierung (GAIMME)
• Beispielaufgaben
• Was ist die Videoreihe „Mathematische Modellierung“?
• Technisches Rechnen lernen

• Das war einfach: Problem der Sozialversicherung gelöst
• Das Team West Windsor-Plainsboro North gehört zu den fünf besten Teams bei der Moody's Math Challenge
• Die preisgekrönte Arbeit der „Moody’s Mega Math Challenge“ wurde im CMJ veröffentlicht.