Proces rezerwy w czasie dyskretnym z losową stopą procentową i losową składką

Podobne dokumenty
Dyskretny proces ryzyka z uwzględnieniem reasekuracji i losowej stopy procentowej 1

poprzez reasekurację proporcjonalną w modelu Jan Matuszewski Uniwersytet Warszawski

Parametr Λ w populacji ubezpieczonych ma rozkład dany na półosi dodatniej gęstością: 3 f

Matematyka ubezpieczeń majątkowych r.

Zadanie 1. Liczba szkód N w ciągu roku z pewnego ryzyka ma rozkład geometryczny: k =

Prawdopodobieństwo i statystyka

PROCESY STOCHASTYCZNE. PEWNE KLASY PROCESÓW STOCHASTYCZNYCH Definicja. Procesem stochastycznym nazywamy rodzinę zmiennych losowych X(t) = X(t, ω)

Matematyka ubezpieczeń majątkowych r.

Procesy stochastyczne WYKŁAD 2-3. Łańcuchy Markowa. Łańcuchy Markowa to procesy "bez pamięci" w których czas i stany są zbiorami dyskretnymi.

N ma rozkład Poissona z wartością oczekiwaną równą 100 M, M M mają ten sam rozkład dwupunktowy o prawdopodobieństwach:

Zadanie 1. Ilość szkód N ma rozkład o prawdopodobieństwach spełniających zależność rekurencyjną:

Egzamin z matematyki ubezpieczeniowej (MUMIO), semestr zimowy 2013/14

Matematyka ubezpieczeń majątkowych r.

Matematyka ubezpieczeń majątkowych r.

Modelowanie zależności. Matematyczne podstawy teorii ryzyka i ich zastosowanie R. Łochowski

Procesy stochastyczne

Procesy stochastyczne

Funkcje charakterystyczne zmiennych losowych, linie regresji 1-go i 2-go rodzaju

Lista zadania nr 7 Metody probabilistyczne i statystyka studia I stopnia informatyka (rok 2) Wydziału Ekonomiczno-Informatycznego Filia UwB w Wilnie

Funkcja tworząca Funkcja charakterystyczna. Definicja i własności Funkcja tworząca momenty

Matematyka ubezpieczeń majątkowych r.

WYKŁADY Z RACHUNKU PRAWDOPODOBIEŃSTWA I wykład 4 Przekształcenia zmiennej losowej, momenty

Matematyka ubezpieczeń majątkowych r.

2. P (E) = 1. β B. TSIM W3: Sygnały stochastyczne 1/27

dla t ściślejsze ograniczenie na prawdopodobieństwo otrzymujemy przyjmując k = 1, zaś dla t > t ściślejsze ograniczenie otrzymujemy przyjmując k = 2.

Algorytmy MCMC (Markowowskie Monte Carlo) dla skokowych procesów Markowa

2. Wykaż, że moment pierwszego skoku w procesie Poissona. S 1 := inf{t : N t > 0} jest zmienną losową o rozkładzie wykładniczym z parametrem λ.

Zadanie 1. są niezależne i mają rozkład z atomami: ( ),

Ośrodkowość procesów, proces Wienera. Ośrodkowość procesów, proces Wienera Procesy Stochastyczne, wykład, T. Byczkowski,

Wykład 3 Momenty zmiennych losowych.

Wykład 3 Momenty zmiennych losowych.

Przykład 1 W przypadku jednokrotnego rzutu kostką przestrzeń zdarzeń elementarnych

Rozdział 1. Wektory losowe. 1.1 Wektor losowy i jego rozkład

Rachunek prawdopodobieństwa i statystyka

21 maja, Mocna własność Markowa procesu Wienera. Procesy Stochastyczne, wykład 13, T. Byczkowski, Procesy Stochastyczne, PPT, Matematyka MAP1126

Wstęp do sieci neuronowych, wykład 11 Łańcuchy Markova

Diagonalizacja macierzy i jej zastosowania

Wykład 12: Warunkowa wartość oczekiwana. Rozkłady warunkowe. Mieszanina rozkładów.

Numeryczne aproksymacje prawdopodobieństwa ruiny

Geometryczna zbieżność algorytmu Gibbsa

Spacery losowe generowanie realizacji procesu losowego

01. dla x 0; 1 2 wynosi:

Szkice do zajęć z Przedmiotu Wyrównawczego

Maksymalne powtórzenia w tekstach i zerowa intensywność entropii

Diagonalizacja macierzy i jej zastosowania

2. Wykaż, że moment pierwszego skoku w procesie Poissona. S 1 := inf{t : N t > 0} jest zmienną losową o rozkładzie wykładniczym z parametrem λ.

Ogólnopolska Konferencja Aktuarialna Zagadnienia aktuarialne teoria i praktyka Warszawa, IE SGH 2009

Zadania z Rachunku Prawdopodobieństwa III - 1

Ubezpieczenia majątkowe

Zmienne losowe. dr Mariusz Grządziel Wykład 12; 20 maja 2014

Rozkłady prawdopodobieństwa

Prawdopodobieństwo i statystyka

Rozkłady i ich dystrybuanty 16 marca F X (t) = P (X < t) 0, gdy t 0, F X (t) = 1, gdy t > c, 0, gdy t x 1, 1, gdy t > x 2,

Rozdział 1. Zmienne losowe, ich rozkłady i charakterystyki. 1.1 Definicja zmiennej losowej

WYKŁAD 6. Witold Bednorz, Paweł Wolff. Rachunek Prawdopodobieństwa, WNE, Uniwersytet Warszawski. 1 Instytut Matematyki

Jak trudne jest numeryczne całkowanie (O złożoności zadań ciągłych)

5. Równania różniczkowe zwyczajne pierwszego rzędu

Twierdzenia graniczne fluktuacji procesów przebywania dla układów gałazkowych

Literatura. Leitner R., Zacharski J., Zarys matematyki wyŝszej dla studentów, cz. III.

Diagonalizacja macierzy i jej zastosowania

Wykład 3 Jednowymiarowe zmienne losowe

Zmienne losowe. Powtórzenie. Dariusz Uciński. Wykład 1. Instytut Sterowania i Systemów Informatycznych Universytet Zielonogórski

Wykład 11: Martyngały: Twierdzenie o zbieżności i Hoeffdinga

Algorytm Metropolisa-Hastingsa

Prawdopodobieństwo i statystyka

Algorytmy MCMC i ich zastosowania statystyczne

Jeśli wszystkie wartości, jakie może przyjmować zmienna można wypisać w postaci ciągu {x 1, x 2,...}, to mówimy, że jest to zmienna dyskretna.

Detekcja rozkładów o ciężkich ogonach

Zmienne losowe, statystyki próbkowe. Wrocław, 2 marca 2015

Statystyka aktuarialna i teoria ryzyka, model indywidualny i zespołowy, rozkłady złożone

Matematyka ubezpieczeń majątkowych r.

Zadanie 1. O rozkładzie pewnego ryzyka X posiadamy następujące informacje: znamy oczekiwaną wartość nadwyżki ponad 20:

x x 1. Przedmiot identyfikacji System x (1) x (2) : x (s) a 1 a 2 : a s mierzone, a = zestaw współczynników konkretyzujacych F ()

Dyskretne procesy stacjonarne o nieskończonej entropii nadwyżkowej

Prawdopodobieństwo i statystyka

Procesy stochastyczne

Proces Poissona. Proces {N(t), t 0} nazywamy procesem zliczającym jeśli N(t) oznacza całkowitą liczbę badanych zdarzeń zaobserwowanych do chwili t.

Kwantyle. Kwantyl rzędu p rozkładu prawdopodobieństwa to taka liczba x p. , że. Możemy go obliczyć z dystrybuanty: P(X x p.

Statystyka. Wykład 2. Krzysztof Topolski. Wrocław, 11 października 2012

Fuzja sygnałów i filtry bayesowskie

1 Formy hermitowskie. GAL (Informatyka) Wykład - formy hermitowskie. Paweł Bechler

Równania różniczkowe liniowe wyższych rzędów o stałych współcz

Matematyka dyskretna. 1. Relacje

Ćwiczenia 7 - Zmienna losowa i jej rozkład. Parametry rozkładu.

Rachunek prawdopodobieństwa Rozdział 6: Twierdzenia graniczne.

Zmienne losowe i ich rozkłady. Momenty zmiennych losowych. Wrocław, 10 października 2014

WYKŁADY ZE STATYSTYKI MATEMATYCZNEJ wykład 13 i 14 - Statystyka bayesowska

PEWNE FAKTY Z RACHUNKU PRAWDOPODOBIEŃSTWA

Procesy stochastyczne WYKŁAD 2-3. Łańcuchy Markowa. Łańcuchy Markowa to procesy "bez pamięci" w których czas i stany są zbiorami dyskretnymi.

MODELE STOCHASTYCZNE Plan wykładu

Wykład 7: Warunkowa wartość oczekiwana. Rozkłady warunkowe.

Prognozowanie i Symulacje. Wykład I. Matematyczne metody prognozowania

Pojęcie szeregu nieskończonego:zastosowania do rachunku prawdopodobieństwa wykład 1

Jak wyznaczyć premię za ryzyko? kilka słów o modelu Arrowa - Pratta

WYKŁADY Z RACHUNKU PRAWDOPODOBIEŃSTWA I wykład 2 i 3 Zmienna losowa

5 Przegląd najważniejszych rozkładów

Aproksymacja. j<k. L 2 p[a, b] l 2 p,n X = Lemat 1. Wielomiany ortogonalne P 0,P 1,...,P n tworza przestrzeni liniowej Π n. Dowód.

Wykład 2 Zmienne losowe i ich rozkłady

VII. Elementy teorii stabilności. Funkcja Lapunowa. 1. Stabilność w sensie Lapunowa.

a 11 a a 1n a 21 a a 2n... a m1 a m2... a mn x 1 x 2... x m ...

Transkrypt:

z losową stopą procentową i losową składką Instytut Matematyki i Informatyki Politechniki Wrocławskiej 10 czerwca 2008

Oznaczenia Wprowadzenie ξ n liczba wypłat w (n 1, n],

Oznaczenia Wprowadzenie ξ n liczba wypłat w (n 1, n], ξ 1, ξ 2,... i.i.d., p k = Pr (ξ n = k), k = 0, 1, 2,...

Oznaczenia Wprowadzenie ξ n liczba wypłat w (n 1, n], ξ 1, ξ 2,... i.i.d., p k = Pr (ξ n = k), k = 0, 1, 2,... N (n) = ξ 1 + + ξ n całkowita liczbę wypłat do chwili n,

Oznaczenia Wprowadzenie ξ n liczba wypłat w (n 1, n], ξ 1, ξ 2,... i.i.d., p k = Pr (ξ n = k), k = 0, 1, 2,... N (n) = ξ 1 + + ξ n całkowita liczbę wypłat do chwili n, X 1, X 2,... wielkości kolejnych roszczeń w (n 1, n],

Oznaczenia Wprowadzenie ξ n liczba wypłat w (n 1, n], ξ 1, ξ 2,... i.i.d., p k = Pr (ξ n = k), k = 0, 1, 2,... N (n) = ξ 1 + + ξ n całkowita liczbę wypłat do chwili n, X 1, X 2,... wielkości kolejnych roszczeń w (n 1, n], F X (y) = Pr (X y) o skończonej średniej µ X,

Zagregowana wypłata Zagregowana wypłata w (n 1, n]: Z n = X 1 + X 2 + + X ξn ze średnią EZ n = EX 1 Eξ n = µ X µ ξ.

Dyskretny proces ryzyka Dyskretny proces ryzyka U n w chwili n: U n = U n 1 (1 + I n ) + C n ξ n X j j=1 I n stopa procentowa (n 1, n], C n szybkość napływu składki w (n 1, n].

Dyskretny proces ryzyka Dyskretny proces ryzyka U n w chwili n: U n = U n 1 (1 + I n ) + C n ξ n X j j=1 I n stopa procentowa (n 1, n], C n szybkość napływu składki w (n 1, n]. {C n } jednorodny łańcuch Markowa o skończonej liczbie stanów {c 1, c 2,..., c m }

Macierz przejścia łańcucha Markowa Macierz przejścia P = [p st ] l l łańcucha Markowa {I n }: s, t {1,..., l}. p st = Pr (I n+1 = i t I n = i s ), Rozkład początkowy π = (π 1, π 2,..., π l ).

Łańcuch Markowa {C n } Łańcuch Markowa {C n } macierz przejścia P = [ p st ] m m, p st = Pr (C n+1 = c t C n = c s ). Rozkład początkowy π = ( π 1, π 2,..., π m ). Założenia {I n }, {C n }, {Z n } wzajemnie niezależne, {N (n)}, {X m } niezależne.

Lemat Wprowadzenie w (n 1, n]: p 0, z = 0, w (z) = Pr (Z n = z) = z p j p j X (z), z = 1, 2,... j=0 W (z) = Pr (Z n z) = p 0 + j z p j F j X (z).

Uwaga Wprowadzenie Jeśli: liczba roszczeń ξ n DPH oraz wielkości roszczeń X i DPH to Z n = X 1 + X 2 + + X ξn DPH Jeżeli ξ n geometryczny, X i PH, to Z n PH.

Oznaczenia Wprowadzenie X (t) jednorodny, skokowy proces Markowa, E = {0, 1, 2,..., l} = {0} E przestrzeń stanów, 0 stan pochłaniający i przyciągający, α = (α 0, α 1,..., α }{{} l ) = (α 0, α) rozkład α początkowy, q ij = lim h 0 + p ij (h) 1, dla i j, q ii = h j i q ij.

Macierz intensywności Q = 0 0 0... 0 q 10 q 11 q 12... q 1l q 20 q 21 q 22... q 2l.......... q l0 q l1 q l2... q ll [ = 0 0 Qe Q ], e = (1, 1,..., 1), 0 = (0, 0,..., 0).

Czas pochłonięcia η η = inf{t 0 : X (t) = 0}. Definicja Rozkład zmiennej η nazywa się rozkładem fazowym PH (α, Q), z parametrami (α, Q). Twierdzenie Dla każdego t 0 dystrybuanta rozkładu PH (α, Q) F (t) = Pr (η t) = 1 αe tq e.

Gęstość Wprowadzenie Twierdzenie Jeżeli α 0 = 0 i det Q 0, to dystrybuanta F jest typu ciągłego oraz gęstość: f (t) = αe tq b, b = Qe, transformata Laplace a gęstości: ˆl (s) = α (si Q) 1 b. n-ty momenty zwykły: m n = ( 1) n n! ( αq n e ).

Własności Wprowadzenie 1 Splot n niezależnych rozkładów PH jest rozkładem PH. 2 Mieszanka n rozkładów PH jest rozkładem PH. 3 Jeżeli X 1, X 2,... i.i.d. PH i K ma rozkład geometryczny, to Y = X 1 + X 2 + + X K ma rozkład PH. 4 Rodzina rozkładów PH jest gęsta w zbiorze wszystkich rozkładów na R +.

Rozkłady macierzowo-wykładnicze Definicja Jeżeli dla t 0 funkcja f (t) = β exp (ts) s, gdzie s = Se, jest gęstością, to odpowiadający jej rozkład nazywa się rozkładem macierzowo-wykładniczym ME (β, S) z reprezentacją (β, S). Gdy β := α, S := Q, s = b, to rozkład ME (β, S) jest rozkładem PH (α, Q).

dyskretne X n jednorodny łańcuch Markowa, E = {0, 1, 2,..., l} = {0} E przestrzeń stanów, 0 stan pochłaniający i przyciągający, π = (π 0, π 1..., π }{{} l ) = (π 0, π) rozkład początkowy, π p ij = Pr (X n = j X n 1 = i) prawdopodobieństwa przejścia.

Macierz przejścia P = (p ij ) macierz przejścia, 1 0 0... 0 p 10 p 11 p 12... p 1l [ P = p 20 p 21 p 22... p 2l.......... = p l0 p l1 p l2... p ll gdzie e = (1, 1,..., 1). 1 0 (I P) e P ],

Czas absorbcji T czas osiągnięcia stanu 0 przez łańcuch X n Definicja Rozkład zmiennej losowej T nazywa się dyskretnym rozkładem fazowym PH (π, P). Twierdzenie Pr (T > n) = πp n e, n = 0, 1,..., Pr (T = n) = πp n 1 (I P) e, n = 1, 2,...

Funkcja tworząca prawdopodobieństwa Twierdzenie ϕ (z) = Ez T = π 0 + π (I Pz) 1 (I P) e = π 0 + a 1z + + a l z l 1 + b 1 z + + b l z l, z < 1 µ 1. Współczynniki b i są współczynnikami wielomianu charakterystycznego macierzy P, tzn. det (Iz P) = 1 + b 1 z + + b l z l.

Współczynniki Współczynniki a i wyznacza się rekurencyjnie. Twierdzenie a 1 = Pr (T = 1), i 1 a i = Pr (T = i) + b k Pr (T = i k), i = 2, 3,..., l. k=1

Moment ruiny Definicja T = { inf {k 0 : U k < 0} = inf k 0 {U k < 0},, jeżeli dla każdego k, U k 0.

ψ n (u, i s, c t ) ( ( n = Pr (U j < 0) ) U 0 = u, I 0 = i s, C 0 = c t ), j=1 ψ (u, i s, c t ) ( ( = Pr (U j < 0) ) U 0 = u, I 0 = i s, C 0 = c t ). j=1 lim ψ n (u, i s, c t ) = ψ (u, i s, c t ). n

Dodatni dochód Niech dla każdego n E (C n Z n ) > 0. Ponieważ więc m m EC n = π i p ij (n) c j, i=1 j=1 m m π i p ij (n) c j > µ X µ ξ. i=1 j=1

Wzory rekurencyjne Twierdzenie w skończonym czasie m l ψ 1 (u, i s, c t ) = p sj W (u (1 + i j ) + c k ), + ψ n+1 (u, i s, c t ) = u(1+i j )+c k 0 k=1 p tk m k=1 p tk j=1 l p sj (W (u (1 + i j ) + c k ) j=1 ψ n (u (1 + i j ) + c k z, i j, c k ) dw (z) ).

Wzory rekurencyjne c.d. Twierdzenie w nieskończonym czasie ψ (u, i s, c t ) = + u(1+i j )+c k 0 m k=1 p tk l p sj (W (u (1 + i j ) + c k ) j=1 ) ψ (u (1 + i j ) + c k z, i j, c k ) dw (z)

Szczególne przypadki (1) Gdy Pr (C k = c) = 1 (Cai, Dickson), to ψ 1 (u, i s ) = l p sj W (u (1 + i j ) + c), j=1 ψ n+1 (u, i s ) = + u(1+i j )+c 0 l p sj (W (u (1 + i j ) + c) j=1 ψ n (u (1 + i j ) + c z, i j ) dw (z) ).

Szczególne przypadki (2) Gdy Pr (C k = c) = 1 i Pr (I k = 0) = 1 (Gajek), to ψ 1 (u) = W (u + c), ψ n+1 (u) = W (u + c) + u+c ψ n (u + c z) dw (z) oraz ψ (u) = W (u + c) + 0 u+c ψ (u + c z) dw (z), 0

Współczynnik dopasowania R Założenia 1) Istnieje dodatnie rozwiązanie R równania 2) µ X µ ξ < EC n. Ee R(Z 1 C 1 ) = 1,

Nierówność typu Lundberga Twierdzenie Jeżeli Z 1, Z 2,... i.i.d. PH, to ) ψ (u, i s, c t ) βm Z (R) E (e Ru(1+I1) I 0 = i s ) E (e Ru(1+C1) C 0 = c t, gdzie β = sup x 0 e Rx W (x). e Rz dw (z) x

Wniosek z twierdzenia Wniosek Dla u 0 zachodzi nierówność ψ (u) βm Z (R) e R (u(1+ĩ)+ c), gdzie ĩ = min{i 1,..., i l }, c = min{c 1,..., c m }. Jest to rozszerzenie twierdzenia z pracy Cai i Dicksona.

Literatura Wprowadzenie Jun Cai, D. C. M. Dickson. Ruin probabilities with a Markov chain interest model. Insurance Math. Econom., 35:513 525, 2004. L. Gajek. On the deficit distribution when ruin occurs discrete time model. Insurance Math. Econom., 36:13 24, 2005.

Literatura c.d. H. Jasiulewicz. i ich zastosowanie do wyznaczania prawdopodobieństwa ruiny ubezpieczyciela. Prace Naukowe AE we Wrocławiu, 1123:217 231, 2006. M. F. Neuts. Matrix-Geometric Solutions in Stochastic Models. Johns Hopkins University Press, Baltimore, 1981.