PROBLEM A: Designing a Traffic Circle
Many cities and communities have traffic circles—from large ones with many lanes in the circle (such as at the Arc de Triomphe in Paris and the Victory Monument in Bangkok) to small ones with one or two lanes in the circle. Some of these traffic circles position a stop sign or a yield sign on every incoming road that gives priority to traffic already in the circle; some position a yield sign in the circle at each incoming road to give priority to incoming traffic; and some position a traffic light on each incoming road (with no right turn allowed on a red light). Other designs may also be possible.
The goal of this problem is to use a model to determine how best to control traffic flow in, around, and out of a circle. State clearly the objective(s) you use in your model for making the optimal choice as well as the factors that affect this choice. Include a Technical Summary of not more than two double-spaced pages that explains to a Traffic Engineer how to use your model to help choose the appropriate flow-control method for any specific traffic circle. That is, summarize the conditions under which each type of traffic-control method should be used. When traffic lights are recommended, explain a method for determining how many seconds each light should remain green (which may vary according to the time of day and other factors). Illustrate how your model works with specific examples.
PROBLEM B: Energy and the Cell Phone
This question involves the “energy” consequences of the cell phone revolution. Cell phone usage is mushrooming, and many people are using cell phones and giving up their landline telephones. What is the consequence of this in terms of electricity use? Every cell phone comes with a battery and a recharger.
Requirement 1
Consider the current US, a country of about 300 million people. Estimate from available data the number H of households, with m members each, that in the past were serviced by landlines. Now, suppose that all the landlines are replaced by cell phones; that is, each of the m members of the household has a cell phone. Model the consequences of this change for electricity utilization in the current US, both during the transition and during the steady state. The analysis should take into account the need for charging the batteries of the cell phones, as well as the fact that cell phones do not last as long as landline phones (for example, the cell phones get lost and break).
Requirement 2
Consider a second “Pseudo US”—a country of about 300 million people with about the same
economic status as the current US. However, this emerging country has neither landlines nor cell phones. What is the optimal way of providing phone service to this country from an energy perspective? Of course, cell phones have many social consequences and uses that landline phones do not allow. A discussion of the broad and hidden consequences of having only landlines, only cell phones, or a mixture of the two is welcomed.
Requirement 3
Cell phones periodically need to be recharged. However, many people always keep their recharger plugged in. Additionally, many people charge their phones every night, whether they need to be recharged or not. Model the energy costs of this wasteful practice for a Pseudo US based upon your answer to Requirement 2. Assume that the Pseudo US supplies electricity from oil. Interpret your results in terms of barrels of oil.
Requirement 4
Estimates vary on the amount of energy that is used by various recharger types (TV, DVR, computer peripherals, and so forth) when left plugged in but not charging the device. Use accurate data to model the energy wasted by the current US in terms of barrels of oil per day.
Requirement 5
Now consider population and economic growth over the next 50 years. How might a typical Pseudo US grow? For each 10 years for the next 50 years, predict the energy needs for providing phone service based upon your analysis in the first three requirements. Again, assume electricity is provided from oil. Interpret your predictions in term of barrels of oil.
MCM2009问题A : 设计一个交通环岛
在许多城市和社区都建立有交通环岛，既有多条行车道的大型环岛（例如巴黎的凯旋门和曼谷的胜利纪念碑路口），又有一至两条行车道的小型环岛。有些环岛在进入口设有“停车”标志或者让行标志，其目的是给已驶入环岛的车辆提供行车优先权；而在一些环岛的进入口的逆向一侧设立的让行标志是为了向即将驶入环岛的车辆提供行车优先权；还有一些环岛会在入口处设立交通灯（红灯会禁止车辆右转）；也可能会有其他的设计方案。
这一设计的目的在于利用一个模型来决定如何最优地控制环岛内部，周围以及外部的交通流。该设计的目的在于可利用模型做出最佳的方案选择以及分析影响选择的众多因素。解决方案中需要包括一个不超过两页纸，双倍行距打印的技术摘要，它可以指导交通工程师利用你们模型对任何特殊的环岛进行适当的流量控制。 该模型可以总结出在何种情况之下运用哪一种交通控制法为最优。当考虑使用红绿灯的时候，给出一个绿灯的时长的控制方法（根据每日具体时间以及其他因素进行协调）。找一些特殊案例，展示你的模型的实用性。
MCM2009问题B : 能源和手机
这个问题涉及到手机革命的能源问题。手机使用率迅速增加，许多人使用手机并放弃了固定电话。这方面的电能使用会带来什么后果？每个手机都配备了电池和充电器。 要求1
考虑现在的美国，人口约为3亿，从现有数据估计美国有H个家庭，每个家庭有M个成员，以前是使用固定电话的。现在，假设所有的座机被手机取代，也就是说每个家庭成员都有一部手机。建立当前美国在手机使用的过渡和稳定两个阶段用电改变的模型，分析应该考虑到对移动电话充电的需要，同时移动电话不能像固定电话那样长期使用也是一个现实问题（比如说移动电话可能会丢失或者损坏） 要求2
考虑“伪美国”--一个约3亿人口，跟当前美国具有相同的经济状况的国家。然而，这个新兴国家既没有固定电话也没有移动电话，从能源角度看，为这个国家提供电话服务的最佳方式是什么？当然，手机有很多固定电话所不具有的用途和社会影响。这个讨论要涉及单独使用固定电话或者单独使用移动电话，或者混合使用二者所带来的广泛和潜在的影响。 要求3
手机需要定期充电。但是许多人在不考虑手机是否要充电的情况下，总是将充电器一直插在电器插槽上，有的甚至整晚都在给手机充电。在你的要求2解决方案的基础上，针对“伪美国”，建立上述浪费方式的能源消耗的数学模型。另外，假定“伪美国”以石油作为电力来源，以原油桶为单位计算浪费量。 要求4
估计各种需要充电的电器设备（电视、DVR、电脑外围设备等）所使用能源的数量，考虑设备没有使用，但插头仍然插在插座上的情况。要求用精确的数据建立模型，估计当前美国每天所浪费的能源数量，以原油（桶/天）计量。 要求5
考虑人口及经济增长在未来的50年内的情况。如何使“伪美国”发展壮大？对于今后50年内的每一个10年进行电话服务的能源需求预测，前提是在你前三个要求的分析基础上进行。另外，假定以石油作为电力来源，以原油桶为单位计算。
ICM2009问题C : 构建食物系统: 重新平衡被人类影响的生态系统
背景
仅有不到1% 的海底被珊瑚覆盖.。然而, 这里却支持着25%的海洋生物多样性。因此，环保主义者非常关心珊瑚的消失, 因为随之而来的是这些区域中生物多样性的消失。 考虑位于菲律宾共和国的一个狭窄的通道区域，它位于吕宋岛和Bolinao 和Pangasinan的圣地亚哥岛之间，这里过去长满了珊瑚礁并且支撑了一个巨大的生物种群(如图1).。在上世纪90年代中期，由于商业化虱目鱼(Chanos chanos)养殖的引入，这一区域的生物多样性戏剧性地减少。现在海域底部大部分都被淤泥覆盖, 曾经这里生活着大量的珊瑚，自从珊瑚被埋葬以后, 由于过度的捕捞和缺少野生鱼的栖息地，现在已经很少有野生鱼出没了。然而鱼是当地居民的重要食物来源, 寻找新的方法来使得自然生态系统继续繁荣是关系到人民生活的重要事情; 也就是要, 建立一个混养系统来代替现有的虱目鱼单养系统。最终的目标是要发展一系列水产养殖方法，利用这些方法不但可以经济、科学地支撑当地居民的生活，而且同时可以改善当地的水质，特别是使得珊瑚礁能够重新占据海底，与水产养殖业共存。 理想情况下的混养方案是多种生物混养在一起，一些生物的排泄物恰好是另外一些生物的食物。例如, 鳍--鱼的排泄物能被滤食性动物吃掉，鱼和滤食性动物排泄的过度养料能被藻类吸收, 这些藻类也可以当做食物或商业副产品销售。这不仅会减少鱼养殖中向周围水体排放的富营养物质，同时也通过利用养鱼产生的大量副产品（贻贝，海带等）来增加农民的收入。 就建模的目的而言，生物多样性环境中的主要动物生物体可细分为肉食性鱼类（脊索动物门，亚脊椎亚门）;草食性鱼类（脊索动物门，亚脊椎亚门）;软体动物（如贻贝，牡蛎，蛤，蜗牛等，软体动物门）;甲壳类动物（如蟹，龙虾，藤壶，虾等，节肢动物门，甲壳动物亚门）; 棘皮动物（如星鱼，海参，海胆等; 棘皮门 ）和藻类。根据供养种类，有初级生产者 （光
合作用生产者 ，如单细胞藻类，浮游植物，藻青菌或多细胞藻类; 滤食性动物（株浮游生物，有机颗粒，部分水中微生物）;沉积性动物（吃泥土和消化其中的有机分子和养分）;食草动物（吃初级生产者）;和捕食性动物 （如食肉动物）。正如在陆地上，大多数食肉动物吃食草动物或小一些的肉食动物，在海洋中它们也吃滤食性动物和沉积性动物。大多数动物的生长效率只有10-20 ％ ，所以他们摄入的80-90 ％的食物最终会以不同的形式释放出来，有些作为热量散发出来，有些是排泄物。在这一生物多样性的环境中，珊瑚的作用主要是划分空间，并通过让大量生物各自在一个狭小空间内获得适宜生存的环境，来使物种能够集中共存，就像在城市中的高层建筑里一样。珊瑚还可以进行一定的滤食，这有助于水的净化。一个海域支持珊瑚的能力，取决于许多因素，其中最重要的是水质。例如，在Bolinao，当每毫升海水中含有50万至100万微生物，以及每升海水中含有0.25ug叶绿素（大量浮游植物的替代物）时，珊瑚就能够生存繁殖。目前养殖区的水平是每毫升一千万微生物和每升15ug 叶绿素。虱目鱼养殖所产生的过剩营养使得海藻快速增长，阻止了珊瑚的生长，由于虱目鱼养殖所产生的颗粒流入，降低了珊瑚进行光合作用的能力。因此，在珊瑚幼虫能够生长之前，必须保持适当的水质。对珊瑚的其他威胁还包括大气中二氧化碳的增加、海洋酸度上升，以及全球变暖、海洋温度上述所导致的珊瑚礁退化。这些因素可被视为第二等的威胁，在本问题中不予考虑。
问题陈述
本问题的任务是设计一个可行的混养系统，以取代目前单一的虱目鱼养殖，从而根本改善水质，让珊瑚幼虫得以在该地区生长。你的混养计划无论在短期还是在长期，都应是有经济效益并适合环境。
1. 建立进行养殖之前的Bolinao珊瑚礁生态系统模型 建立一个完整的珊瑚礁食物链模型，其中包括作为唯一捕食性鱼类的虱目鱼，一种草食性鱼类（由你选择），一个软体动物物种，一个甲壳类物种，一个棘皮动物物种，和一个藻类物种。确定每个物种你认为合理的数量;表明你的引用来源或显示你在得出物种数量时进行的估计。 阐述你的模型，说明每个物种如何与其他物种相互作用。说明你的模型如何预测水质的稳定状态，该水质能够保证珊瑚的持续健康生长。如果你的模型不能得出足够高的水质，然后调整每一个物种的数量，直到你取得令人满意的水质水平，要清楚说明对哪个物种的数量进行了调整，以及为什么这种调整是合理的。 2.为目前Bolinao单一养殖虱目鱼建模
A 首先，如果虱目鱼养殖抑制了其他物种，调查其后果。通过（设置下列物种种群数量为零）删除所有食草鱼类，软体动物，甲壳动物和棘皮类动物来开展调查。设置所有其他物种种群数量与上述完整模型中的种群数量一致。鉴于你已排除虱目鱼的天然食物供养，你需使用常数项来模拟渔民喂养箱式虱目鱼；用该常数项来保持建模平衡。由此，模型预测什么样水质定态？水质是否符合珊瑚种类的可持续健康生长？比较并描述你的结果与观察资料的关系、
B 虱目鱼养殖并未完全抑制其他物种，同时水质也可能没有Part 2a所显示得那么糟糕，然后通过再次引入所有删除在外的物种并在水质符合博利瑙观测结果时，利用你的模型来模拟博利瑙现状。比较现有物种种群数量和在博利瑙观测到结果，讨论如何调整模型来才能使你预测的种群数量预测接近所观测到的数量。 3.对在Bolinao混养的修复作用进行建模
现在你需要用一种混养来代替当前的单一养殖，寻求要让水足够的清澈，这样你在第一部分中建模的最初的礁生态系统能够不在人类的帮助下重新建立自己。这个想法是想要引入一套相互依靠的物种，例如，不管乳香鱼渔民投放什么饲料，他/她的养殖业的组合都将完
全使用，这样就不会有任何或者只能是最少的废屑料营养物和颗粒物（饲料和粪便）沉淀到下面的新生的礁栖息地。并且，你要从这个多培养物中寻求商业性的收获可食用的生物，这样才可以给人类提供食品并增加价值。
a. 培养一种商业化的混养来修复Bolinao的生态.
从2b中的你的“当前的”养殖箱模式，并且给它引进额外的物种，这样既可以帮助清洁水质，又可以产生有价值的、可以收获的生物。例如，你可以用贻贝，牡蛎，蛤蜊或者其它的有经济价值的滤食动物等的养殖箱来进行排列，这样来去除乳香鱼的一些废物。经济上有价值的水藻在靠近水面（只要有足够的光线）的养殖箱的各个侧边上可以生长，并且有些水藻可以给一些小型的食草鱼提供食物，而这些食草鱼又可以给乳香鱼提供食物。要求清楚的展示你的模型以及它的稳定状态的数目。 b.报告你的模型的产量。
你对什么进行了优化？设置了哪些约束，为什么要这样设置？你的模型产生的水质如何？你的模型能有多大的产量，经济价值有多少？进一步提高水质将有多少花费？换而言之，在最理想的情况下，每提高一个养殖箱单位的水质，需要花费多少美元？
4. 科学： 讨论供人食用的每一物种的产量。我们怎么使用你的模型来预测和理解供人食用的收获？是不是捕获的食肉鱼数量和收获的海藻数量一样重要所以我们只需要努力最大化收获的重量？还是我们要区分价值（用收获的每一物种的价格来衡量）以至于我们需要努力最大化收获的价值？抑或需要用收获的总价值减去虱目鱼饲料成本来最大化总价值？我们是否要把食用生物价值质定义为每种收获物种的总价值减去虱目鱼饲料成本？
5. 最大化总体收获的价值：现在我们希望保持一种在可以接受的（最大化的）水质和获得高价值可出售（因为可以使用和出售的副产品都是可以用来最大化价值的方法）生物质之间的平衡关系。在模型中这些可供人类食用生物质来源于一切物种。请改变你的模型来从每种物种中获得固定产量。你能获得的生物质（以上定义的）价值以及相对应的水质是多少？请尝试不通收获策略与不同水平的虱目鱼饲养量（总是选择让你的模型保持平衡的价值），同时牢记把水质作为一个收获价值功能。哪个策略是最佳的，什么是最佳的收货？ 6. 要求采取行动
给太平洋海洋渔业委员会的主席写一篇资料论文，要综述你在生物多样性和用于珊瑚生长的水质之间关系的发现。包括用于像Bolinao地区的修复战略，以及实施的时限。展示你在第五部分中的最优化收获/饲养战略，以及具有说服力的证明，并且说明建议的渔业/收获指标来支持你的计划。通过展示你的计划中的收获价值的比例与当前的Bolinao地区的收获价值的比例来表明你的战略的杠杆作用。从生态角度来讨论实施你的混养系统的赞成和反对的理由。
补充信息：
图一：图中所示Bolinao区域和在水质分析（表格1和2）取样地点。图中地点A和B 的珊瑚礁完全健康。然而地点C的珊瑚礁已经退化。此时地点D仍有少量珊瑚礁存活，但绝大部分的珊瑚礁和藻类已经死亡。而且在该区域的鱼类笔下方根本没有活的珊瑚。在鱼类笔投放的海峡，渔民使用的鱼箱体积大致为10M*10M*8M，每个鱼箱的鱼密度为~50000条，每公顷10个鱼箱。
以下表格中的数据容易搜到。从你自身目的出发这些数据可能不够。这些数据只是为了提供一些让你如何开展的样例提示。你应该使用你自己能找到的最适合和完整的数据。 地点取样水质特征： 表格1 地点 溶解的有机碳总氮 叶绿素 颗粒有机碳 总氮 （DOC） （uM） 鱼类笔 （溶解的，（ug/L） uM） （POC） （ug/L） （颗粒，ug/L） 不同水域微生物丰度和微粒特性 表2 Bolinao水域菌类和微粒丰度 寄生菌每毫升微粒的数量（微粒类似病毒非寄生菌寄生菌丰度占总数尺寸大于3微米） 水域 的微粒丰丰度（细胞（细胞/毫的百分浮游植物细度（#/毫升） /毫升） 升） 腐质 比 胞数 A B C D 1.0±0.07 x 5.4±0.3 x 107 105 0.8±0.04 x 4.2±0.6 x 107 105 1.7±0.1 x 107 7.0±0.3 x 107 3.0±0.04 x 105 6.1±0.6 x 105 9.9±0.3 x 105 5.3±2.2 x 102 3.9±0.6 x 102 113.7±3.6 x 102 <0.1 <0.1 3.7 3.4±0.2 x 2 103 4.4±0.2 x 2 103 9.6±0.8 x 2 103 14.4±0.1 x 103 11.3±0.5 x 103 2 微粒平均大小（微米2） 42.7 19.7 65.8 576.1 144.5±5.6 x 2.3 102 583.2±28.1 x 102 5.6 养鱼6.1±0.7 x 箱 107
生物体信息 生物体 2 280.8 78.4±5.5 x 10 营养类型 进食对象 进食量 排泄物 捕捞价值 遮目鱼 (data from Homer et 肉食类 al. 2002) 242–493 g干重的沉渣/ m2/天. 沉渣的在养鱼箱内: 10%是碳， 鱼饲料或小6.58kg/m2 的0.4%是氮 鱼 养鱼箱/ 5月 , 以及 0.6% 磷 (百分比指的是干重) 1，278美元/公吨(from Agribusiness Weekly) 食草鱼 (Siganus doliatus, a 草食类 rabbit fish, used as representative) 甲壳类动物和片足动物 (data averaged over one crab (Menaethius monoceros) 草食类 and one amphipod (Cymadusa imbroglio) from Cruz-Rivera & Paul 2006) 软体动物 (Averaged over 5 species of mussels and 滤食类 oysters from Hawkins et al. 1998) 棘皮动物 (urchin, Tripneustes gratilla, from the Philippines as representative. Data from Dy et al. 2002) 海藻 (Yokoya and Oliveira 1992) 大型藻类 (肉质藻) ~18–22 cm3 的藻类物质/ m2 的珊瑚礁/ 月 (from Fox & Bellwood 2008) ~10–20mg 大型藻和蓝湿重食物/个 藻 体 /天 各种可食甲壳类动物的价值可以通过公众来证实。 他们过滤5-7L水/小时的微粒并吸 收 直径1–16um 4–15mg 有机的微生物 物/克无水软组织(动物尺寸标准)/小时 各个物种的捕捞价值在网络上也可以找到 草食类 肉质藻 ~0.05 g 湿重藻类/g 干重0.2–11.5mg 海胆/ 小时 干重粪便/g 每个海胆的干重海胆 平均重量是 6.9 g 依据温度, 经济上很重要初级食物生阳光，二氧化的红藻可以产者 碳，氮和磷 在最短2.8天(Hypnea 这些有机体能够以可溶有机碳的形式排出 多余的光合作用产物，但很cornuta)最长50天(Pterocladia capillacea)的时间内将其重量(湿重) 翻番
难计算其数量。只要记住这个过程在你思考第六部分的生态前景时会出现就可以了。 2010 Contest Problems
MCM PROBLEMS
PROBLEM A: The Sweet Spot
Explain the “sweet spot” on a baseball bat.
Every hitter knows that there is a spot on the fat part of a baseball bat where maximum power is transferred to the ball when hit. Why isn’t this spot at the end of the bat? A simple explanation based on torque might seem to identify the end of the bat as the sweet spot, but this is known to be empirically incorrect. Develop a model that helps explain this empirical finding.
Some players believe that “corking” a bat (hollowing out a cylinder in the head of the bat and filling it with cork or rubber, then replacing a wood cap) enhances the “sweet spot” effect. Augment your model to confirm or deny this effect. Does this explain why Major League Baseball prohibits “corking”?
Does the material out of which the bat is constructed matter? That is, does this model predict different behavior for wood (usually ash) or metal (usually aluminum) bats? Is this why Major League Baseball prohibits metal bats?
PROBLEM B: Criminology
In 1981 Peter Sutcliffe was convicted of thirteen murders and subjecting a number of other people to vicious attacks. One of the methods used to narrow the search for Mr. Sutcliffe was to find a “center of mass” of the locations of the attacks. In the end, th
e suspect happened to live in the same town predicted by this technique. Since that time, a number of more sophisticated techniques have been developed to determine the “geographical profile” of a suspected serial criminal based on the locations of the crimes.
Your team has been asked by a local police agency to develop a method to aid in their investigations of serial criminals. The approach that you develop should make use of at least two different schemes to generate a geographical profile. You should develop a technique to combine the results of the different schemes and generate a useful prediction for law enforcement officers. The prediction should provide some kind of estimate or guidance about possible locations of the next crime based on the time and locations of the past crime scenes. If you make use of any other evidence in your estimate, you must provide specific details about how you incorporate the extra information. Your method should also provide some kind of estimate about how reliable the estimate will be in a given situation, including appropriate warnings.
In addition to the required one-page summary, your report should include an additional two-page executive summary. The executive summary should provide a broad overview of the potential issues. It should provide an overview of your approach and describe situations when it is an appropriate tool and situations in which it is not an appropriate tool. The executive summary will be read by a chief of police and should include technical details appropriate to the intended audience.
MCM2010问题A : 最佳击球点
解释棒球棒上的“SweetSpot”。
每个打击手都知道在棒球棒的厚端有一个点，当用它击球时能够传递出最大的力量。为什么这一点不在球棒的一端？一个基于扭矩的 简单解释看上去能够确认球棒一端是最佳击球点，但这是众所周知的与实际经验不符。建立一个模型帮助解释这个实际经验。
有些选手认为“塞住”球棒（在球棒一头挖出一个圆柱空腔，并用软木塞或者橡胶填满，这样更换了木质棒顶）能够增强“最佳击球 点”效应。补充你的模型来确认或者否定这个效果。这是否解释了为什么职业棒球联盟都禁止“塞住球棒”？ 球棒的制作材料是否会有影响？也就是说，你的模型是否对木质（通常是木屑）或者金属（通常是铝）球棒的表现作出不同的预测？ 这是否是职业棒球联盟都禁止金属球棒的原因？
MCM2010问题B : 犯罪学
在1981年Peter Sutcliffe因为13次连环谋杀和一系列的恶意伤害被判有罪。在该案中的一种用来缩小搜索罪犯所在范围的方法是找到这些犯罪地点发生的“重心”。而在最后结案时罪犯恰好生活在用这种技术所预测的那个城镇里。从那是开始，更多更复杂的技术被发展起来通过系列犯罪的地点用来确认罪犯的“地理轮廓”。
你们的团队要帮助一个地方警署发展一种辅助他们调查连环犯罪的方法。你们创造的这种方法应该用至少两种不同方式去生成“地理轮廓（geographical profile）”。你们要用一种方法综合这些不同方法的结果去产生一个对警察有用的预测。你们的预测还应该提供基于之前犯罪发生的时间和地点而生成的对下次犯罪可能的时间和地点的预测。如果你们使用了除时间和地点之外的证据于你们的模型中，你们还必须说明你们将这些证据整合于模型的具体细节方
式。你们同意说明你们的预测在实际中的可依赖度，包括合适的警告（appropriate warnings）。 除了要求的一页摘要以外，你的报告应该包括一个额外的2页纸的实施概要。这个概要应该对潜在问题进行综述。它要概述你的方法,描述你的方法适合以及不适合的情况。概要将会被呈给**局长阅读，所以概要中应包括适当的技术细节以适合其读者。
ICM2010问题C :
今年来，对于太平洋巨大垃圾漂浮带有着广泛的报道。参见如下网站：
根据近年来科学家对太平洋垃圾回旋区（也就是海洋上垃圾的不断积累的汇集区）的研究，出现了与此垃圾带相关的多种的技术的和科学的问题。然而向海洋中倾倒垃圾不是一个新问题，但是科学家最近才发现，在太平洋上的大部分垃圾（尤其是塑料）分布越来越广，密度越来越高，而且垃圾对海洋生态和人类和人类的福祉造成了潜在的威胁。业内人士经常把这种积累描述为塑料汤(plastic soup)或者confetti. 参见： 今年的icm问题是一个跨学科的建模，用来研究当前海洋垃圾积累所带来的复杂的问题，目的是帮助研究者以及最终的政府政策的制定者来理解问题的严重性、范围和潜在的全球性影响。
作为数学模型的设计者，你的任务是关注垃圾问题的一个方面，建立模型并分析他的行为，并且决定他对海洋生态、政府政策以及实施的潜在影响，以帮助政府政策的制定者来改善它的负面影响。务必要考虑未来科学研究的需要以及这个问题的经济因素，然后写一篇报告，对你的发现和问题的建议、需要的政策以及实施方法进行总结。建模中可能需要调查的问题包括：
1. 对于海洋环境中塑料物的潜在的长期和短期的影响是什么？怎样来监控他对海洋生态环境的影响？务必要考虑到时间和空间的变量。相关的资源要求是什么？ 2. 如何才能最好的理解和描述垃圾回旋区中的塑料的广度(extent)、密度和分布？需要什么样的监控计划来追踪塑料的增长/腐烂/运动,需要什么样的资源(resourcing)来执行这个计划？
3. 当他进入海洋并且在回旋带汇集，塑料光降解的性质和机制是什么，其构成是什么？（例如我们很惊奇的发现降解后的塑料的粒子一般会达到类似的大小）。
4. 这些塑料来自于什么地方？对于这种情况应该采取什么措施来控制和减少这种情况所带来的风险？控制和终止这种情况，会有什么样的经济成本和收益？二者之间的比较效益是什么？塑料的生产量是多少？抛弃的有多少？回收再利用的有多少？可能进入海洋的有多少？有可能漂浮的有多少？
5. 类似的情况会在海洋的其它地方出现吗？我们应该监控什么？如何监控？在北大西洋回旋区和阿拉斯加回旋区又会发生什么？用你的模型来对评估一下未来在南大洋（ 南大西洋和南太平洋）的塑料的密度。
6. 如果禁止使用聚苯乙烯包装盒，会有什么样的直接影响？参见。。 。 在未来10到50年的影响是什么？
7. 建模中也可以涉及到其它的科学和技术问题，只要此模型是你的调查和研究中的重要组成部分。
为了使你的表述更加清晰，请关注此问题的一个重要方面，并对一些重要现象中的行为进行建模。确定其中最具当下和长远意义的部分进行建模和分析。你的icm报告应该是一份10页的团队报告。
2011 Contest Problems
MCM PROBLEMS
PROBLEM A: Snowboard Course
Determine the shape of a snowboard course (currently known as a “halfpipe”) to maximize the production of “vertical air” by a skilled snowboarder.
\"Vertical air\" is the maximum vertical distance above the edge of the halfpipe.
Tailor the shape to optimize other possible requirements, such as maximum twist in the air.
What tradeoffs may be required to develop a “practical” course?
PROBLEM B: Repeater Coordination
The VHF radio spectrum involves line-of-sight transmission and reception. This limitation can be overcome by “repeaters,” which pick up weak signals, amplify them, and retransmit them on a different frequency. Thus, using a repeater, low-power users (such as mobile stations) can communicate with one another in situations where direct user-to-user contact would not be possible. However, repeaters can interfere with one another unless they are far enough apart or transmit on sufficiently separated frequencies.
In addition to geographical separation, the “continuous tone-coded squelch system” (CTCSS), sometimes nicknamed “private line” (PL), technology can be used to mitigate interference problems. This system associates to each repeater a separate subaudible tone that is transmitted by all users who wish to communicate through that repeater. The repeater responds only to received signals with its specific PL tone. With this system, two nearby repeaters can share the same frequency pair (for receive and transmit); so more repeaters (and hence more users) can be accommodated in a particular area.
For a circular flat area of radius 40 miles radius, determine the minimum number of repeaters necessary to accommodate 1,000 simultaneous users. Assume that the spectrum available is 145 to 148 MHz, the transmitter frequency in a repeater is either 600 kHz above or 600 kHz below the receiver frequency, and there are 54 different PL tones available.
How does your solution change if there are 10,000 users?
Discuss the case where there might be defects in line-of-sight propagation caused by mountainous areas.
MCM2011问题A : 滑雪场问题
确定一个滑雪场（现在仅知是半管状）的形状来使得一个滑板运动员所能达到的垂直间距最大化。垂直间距是指，距半管状的的边缘间的最大垂直距离。修改形状以适应其他要求，例如使得运动员的扭转最大化。要建造一个实用的场地，又该做出何种取舍？
MCM2011问题B : 中继站的协调
甚高频无线电频谱包含信号的发送和接受。这种限制可以被中继站所克服。中继站可以捕捉到微弱的信号，然后把它放大，再用不同的频率重新发送。这样，低功耗的用户，例如移动电话用户，在不能直接与其他用户联系的地方可以通过中继站来保持联系。然而,中继站之间会互相影响,除非彼此之间有足够远的距离或通过充分分离的频率来传送。
除了地理的分离、“连续编码音调控制系统”(CTCSS),有时被称为“私人专线”(PL)、通过这项技术可以减轻干扰问题。该系统连接每个中继站，靠的是所有通过同一个中继站连接的用户发送的独立的亚音频音调来连接。中继站只回应接收到的具有特殊PL的语调的信号。通过这个系统,两个附近的中继站可以共享相同的频率对(包括接收和发送);对于更多的中继站(并且更多的用户)可以提供在一个特定的区域。在一个半径40英里的圆形区域，请你设计一个方案，用最少量的中继站来容纳1000同时在线用户。假设频谱范围是145到148兆赫,在中继站中的发射机的频率要么是600千赫以上，要么低于接收机频率600千赫、并且这里有54个不同的PL可用。
如果这里有10,000个用户，如何改变你的解决方案。
在由于山区引起信号传播的阻碍的地区，讨论这样的情形。
ICM2011问题C :
从环保和经济上说，电动汽车究竟有多少优势？它们的普及是可行和实用的吗？
这里有一些问题需要考虑，但是，当然还有更多问题，你将无法在模型中考虑所有的问题：
电动汽车的广泛使用会节约化石燃料吗？或者实际上仅仅是给了化石燃料另一个交易使用的方式，电力目前主要是燃烧化石燃料产生的。要想通过使用电动汽车来最多地节约能源，需要什么条件到位才可以？
在二十一世纪要想广泛使用可行和有利于环境的电动汽车，需要多少的电力的替代品，如风力和太阳能。评估是否这些替代电力来源的增长是可能和可行的。
在非高峰时间给电池充电是否是有益的？能增加广泛使用电动汽车的可行性吗？电池需要以多快的速度充电才能最大限度地提高电动车的效率和的实用性？在环境节约和广泛使用电动车辆的可行性方面，这些地区还需要做多大程度的改进？
•什么样的基础交通工具的方法是最有效的？不同方法的有效性是基于使用它的国家或地区的情况吗？
直接由电动汽车造成的污染是很低的，但是与电动汽车相联系的有隐性污染源吗？汽油和柴油在引擎内部燃烧产生含亚硝酸盐的氧气，车辆产生一氧化碳和二氧化碳污染，但这些双向产品是我们真正应该担心的吗？ 在气候和我们的健康方面，什么是这些物质的短期和
长期的影响？
•日益增加的需要处理的大容量电池所造成的污染究竟有多大？比较一下电动汽车对于环境的影响和化石燃料燃烧的车辆的影响。
•你还应该考虑诸如经济和人口问题，诸如电动车辆的便利性。电池可以足够快速地充电或更换吗？以便能满足大多数运输的需要或者它们的使用范围受到限制吗？在交通运输中，电动汽车只有有限的作用吗？只对于短途运输（短途客运或轻型车辆）有作用吗？或他们实际上可以用于高负荷、长途的交通运输？政府应当给予补贴来发展电动车技术吗？如果需要，为什么？需要补贴多少，以何种形式？ 要求
•建立电动汽车广泛使用对于环境，社会，经济和健康影响的模型，并且详细阐述政府和电动汽车生产商是否应该支持电动汽车的广泛使用，如果支持的话，应该考虑的关键点。并且提供验证你的模型需要的数据
•应用你的模型预测广泛使用电动汽车下世界范围内要节省多少石油（化石燃料）) •提供一个与你所建立的的电动汽车数量和形式的模型相匹配的发电站的数量和形式的模型，该模型要 对环境、社会、商业和个人产生最大的收益。 •写一个20页的报告(不包括摘要页)，提出你的模型和你对于电动汽车和发电站关键问题的分析。一定要包括政府在确保安全、高效、有效的交通上所扮演的角色。讨论引进广泛使用电动汽车是否是值得的，并且在面对化石燃料供应短缺下，是否是满足全球能源需求的总体战略的重要组成部分。 参考文献:
得到一个有争议的问题的可靠的全球数据是很困难的。作为一个开始： 全球能源信息我们提供这个链接:
http://www.bp.com/liveassets/bp_internet/globalbp/globalbp_uk_english/reports_and_publications/statistical_energy_review_2008/STAGING/local_assets/2010_downloads/statistical_review_of_world_energy_full_report_2010.pdf
一个美国能源生产和使用的简明摘要在这里可以找到: http://www.eia.doe.gov/aer/pecss_diagram.html 以电子表格形式的全球数据可以在这里找到 http://www.eia.doe.gov/iea/
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