Mathematical optimization
数理最適化。数学的手法を用いた最適化の分野や技術を指します。
is a fundamental tool
基礎的な道具、基本的な手法である、という意味です。isは「である」、a fundamental toolは「基本的な道具/手法」を指します。
in operations research
オペレーションズ・リサーチにおいて。inは場所や分野を示し、operations researchは「オペレーションズ・リサーチ（OR）」という応用数学の一分野です。