Conditions for balance between survival and ruin

Let $\xi_t$ be a classic risk process or a risk process with stochastic premiums. We establish conditions for balance between ruin and survival in the case of zero initial capital $u = 0$ (ruin probability $q_{+} = \psi(0) = 1/2$, survival probability $p_{+} = 1 — q_{+} = 1/2$) and determine premium...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2012
Автори: Gusak, D. V., Гусак, Д. В.
Формат: Стаття
Мова:Українська
Англійська
Опубліковано: Institute of Mathematics, NAS of Ukraine 2012
Онлайн доступ:https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/2633
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Ukrains’kyi Matematychnyi Zhurnal
Завантажити файл: Pdf

Репозитарії

Ukrains’kyi Matematychnyi Zhurnal
_version_ 1860508568802820096
author Gusak, D. V.
Гусак, Д. В.
author_facet Gusak, D. V.
Гусак, Д. В.
author_sort Gusak, D. V.
baseUrl_str https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/oai
collection OJS
datestamp_date 2020-03-18T19:31:34Z
description Let $\xi_t$ be a classic risk process or a risk process with stochastic premiums. We establish conditions for balance between ruin and survival in the case of zero initial capital $u = 0$ (ruin probability $q_{+} = \psi(0) = 1/2$, survival probability $p_{+} = 1 — q_{+} = 1/2$) and determine premium estimates under these conditions.
first_indexed 2026-03-24T02:27:17Z
format Article
fulltext К О Р О Т К I П О В I Д О М Л Е Н Н Я УДК 517.23 Д. В. Гусак (Iн-т математики НАН України, Київ) УМОВИ РIВНОВАГИ МIЖ ВИЖИВАННЯМ I БАНКРУТСТВОМ Let ξt be a classic risk process or a risk process with stochastic premiums. We establish conditions for balance between ruin and survival in the case of zero initial capital u = 0 (ruin probability q+ = Ψ(0) = 1/2, survival probability p+ = 1 − q+ = 1/2) and determine premium estimates under these conditions. Пусть ξt — классический процесс риска или процесс риска со случайными премиями. Установлены условия рав- новесия между банкротством и выживанием при нулевом начальном капитале u = 0 (вероятность банкротства q+ = Ψ(0) = 1/2, вероятность выживания p+ = 1 − q+ = 1/2) и определены премиальные оценки при этих условиях. У монографiї [1, с. 47] розглядались принципи оцiнювання премiй для процесу ризику ξt = = Pt − St (St — процес вимог, Pt — компенсацiйна премiальна функцiя на [0; t]). Якщо t = 1, то для S = S1, P = P1 за функцiєю розподiлу (ф. р.) вимог S на [0; 1] GS(x) = P{S < x}, ES = ∫ xdGS(x), σ2(S) = DS <∞ вводяться функцiонали для оцiнювання компенсацiйної премiї P(·) = F(·)[GS(x)]. Обмежимось першими трьома принципами, що пов’язанi з моментами вимог ES, σ2(S): 1) принцип математичного сподiвання, 2) принцип середньоквадратичного вiдхилення, 3) дисперсiйний принцип. Вiдповiдно з цими принципами компенсацiйнi оцiнки премiй визначаються спiввiдношен- нями P(a) = ES + α0ES = (1 + α0)ES, P(b) = ES + ασ(S), σ(S) = √ DS, (1) P(c) = ES + βσ2(S); де α0, α, β — додатнi рiвневi параметри оцiнок. Спочатку вияснимо, якi значення мають компенсацiйнi оцiнки для C при умовi рiвноваги p+ = q+ = 1/2. Цi значення вiдмiчатимемо iндексом ∗, оскiльки вони в певному сенсi є вiдправними при оцiнюваннi за умови p+ 6= q+. 1. Розглянемо ξt = Ct − St — класичний резервний процес ризику, де C > 0, St = = ∑ k≤Nt Yk — процес вимог, Nt — пуассонiв процес з iнтенсивнiстю λ > 0, ES = ∑ r≥1 1 r! e−rλrE [ r∑ k=1 Yk ] = λEY1, EY1 = µ1 <∞, DS = λDY1 = λ[µ2 − µ21], µ2 = EY 2 1 <∞. (2) c© Д. В. ГУСАК, 2012 988 ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2012, т. 64, № 7 УМОВИ РIВНОВАГИ МIЖ ВИЖИВАННЯМ I БАНКРУТСТВОМ 989 Вияснимо питання про зв’язок iмовiрностi банкрутства q+ = Ψ(0) та iмовiрностi виживання p+ = 1− q+ при u = 0 з коефiцiєнтом страхової надбавки при умовi Eξ1 = C − λµ1 > 0 δ = C −ES ES = C − λµ1 λµ1 > 0, ES = λµ1 > 0. (3) Значення коефiцiєнта страхової надбавки при p+ = q+ позначимо через δ∗, при p+ > q+ — через δ> > δ∗, а при p+ < q+ — через δ< < δ∗. На основi встановленого зв’язку мiж p+, q+ та δ можна також оцiнювати премiальне зна- чення для C. Як i в [2], для зручностi замiсть резервного процесу ризику ξt,u = u+ ξt введемо надлиш- ковий процес вимог ζt = St − Ct, ζ0 = 0, C > 0, m = Eζ1 = λµ1 − C < 0. (4) При умовi (3) (тобто при m < 0) абсолютний максимум ζ+ = sup0≤t<∞ ζt має невироджений розподiл, що визначає ймовiрнiсть банкрутства Ψ(u) = P{ζ+ > u}, u ≥ 0, Ψ(0) = q+, p+ = 1− q+. (5) Зв’язок мiж δ та p+, q+ встановлено (див. [2, c. 372]) у наступнiй теоремi. Теорема 1. При умовi (3) для процесу (4) має мiсце спiввiдношення δ = C − λµ1 λµ1 = p+ q+ , p+ + q+ = 1. (6) За умови рiвноваги мiж виживанням та банкрутством (p+ = q+ — аналог „чесної гри”) з (6) випливає, що оцiнку iнтенсивностi надходження премiй визначає значення C∗ у спiввiдношеннi δ = δ∗ = C −ES ES = 1⇒ C = C∗ = 2ES = 2λµ1, P ∗(t) = C∗t. (7) Надiйнiша (за „чесну гру”) робота страхової компанiї досягається при збiльшеннi C, тобто при δ> > δ∗ = 1. Тодi C> = (1 + δ>)ES, C > C∗ = 2ES, p+ > q+, P (t) = C>t. (8) Якщо δ = δ< < 1, то C< = (1 + δ<)ES, C< < C∗ = 2ES, p+ < q+, P (t) = C<t. (9) Порiвнянням оцiнок (1) з оцiнкою для C з (3) в термiнах δ встановлюється наближена залежнiсть мiж коефiцiєнтами страхової надбавки δ та рiвневими параметрами α, β : a) α0 = δ, b) δ ∼ ασ(S) ES , c) δ ∼ βσ2(S) ES . (10) За умови рiвноваги для цих параметрiв мають мiсце спiввiдношення a) α∗0 = δ∗ = 1, b) α∗ ∼ ES σ(S) , c) β∗ ∼ ES σ−2(S) , P ∗(a) = 2ES, P ∗(b) = ES + α∗σ(S), P ∗(c) = ES + β∗σ 2(S). (11) ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2012, т. 64, № 7 990 Д. В. ГУСАК У випадку p+ 6= q+ (δ 6= 1), α = δα∗, β = δβ∗ P(a) < P ∗(a) = 2ES, P(b) < P ∗(b), P(c) < P ∗(c) при p+ < q+, P(a) > P ∗(a), P(b) > P ∗(b), P(c) > P ∗(c) при p+ > q+. (12) Доведення. Справедливiсть спiввiдношення (6) випливає з таких мiркувань. Для напiвне- перервного знизу процесу ζt в таблицi II (див. [2, c. 536]) зiбрано значення основних ризикових характеристик, що випливають iз результатiв § 3.1 та 5.1 в [2]. Зокрема, там наведено спiввiд- ношення для q+ i p+ q+ = λµ1C −1, p+ = (C − λµ1)C−1, пiсля пiдстановки яких у (3) легко одержати (6), а з (6) випливає (7). Безпосереднiм порiвнянням усiх розглянутих в (1) та (3) оцiнок встановлюються спiввiд- ношення (8) – (12). Теорему 1 доведено. Зауважимо, що забезпечення надiйнiшої роботи страхових компанiй шляхом збiльшення δ при незмiнних ES, ES2 не впливає на α∗, β∗, а отже, рiвневi параметри α, β збiльшуються пропорцiйно δ. Результати для класичного випадку (див. ζt в (4)) ввiйшли до монографiї [4, с. 246], а також [2, с. 372]. Там пiсля теореми 6.11 було вияснено залежнiсть мiж p+, q+, δ, а також їх зв’язок з iмовiрнiстю обмеженостi тотального часу перебування надлишкового процесу вимог у ризиковiй („червонiй”) зонi y > 0. По-iншому виглядає умова рiвноваги мiж виживанням та банкрутством для процесiв ризику з випадковими премiями. 2. Нехай ζt — майже напiвнеперервний знизу процес з випадковими премiями ζt = St − C(t), S(t) = ∑ k≤N1(t) Yk, C(t) = ∑ k≤N2(t) Xk 6= Ct, (13) де N1,2(t) — пуассоновi процеси з iнтенсивностями λ1,2 > 0, Xk − exp(b) — показниково розподiленi, 0 < Yk, k > 0, — довiльно розподiленi. Має мiсце дещо вiдмiнне вiд теореми 1 твердження, в якому розглядається лише оцiнка а). Теорема 2. Нехай ζt (див. (13)) — надлишковий процес вимог з коефiцiєнтом страхової надбавки δ = EC(1)−ES ES = |m| ES = λ2 − λ1bµ1 λ1bµ1 > 0, m = Eζ1 < 0, ES = λ1µ1, (14) де µ1 = EY1, µ2 = EY 2 1 , EX1 = b−1, bµ1 = EY1 EX1 < λ2 λ1 , EC(1) = λ2b −1. (15) Тодi має мiсце спiввiдношення зв’язку мiж α0, δ та p+, q+ α0 = δ = q − pbµ1 pbµ1 = p+ q − p+ = p+ q+ − p , p = λ1 λ1 + λ2 , q = 1− p. (16) ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2012, т. 64, № 7 УМОВИ РIВНОВАГИ МIЖ ВИЖИВАННЯМ I БАНКРУТСТВОМ 991 1. У випадку λ2 > λ1 (q > p) можлива рiвновага (p+ = q+), в умовах якої δ = δ∗ = 1 1− 2p = 1 q − p > 1 (q > p, α∗0 = δ∗). (17) Для оцiнки премiального середнього має мiсце спiввiдношення EC∗(1) = 2q q − p ES, 1 + δ∗ = 2q q − p > 2. (18) 2. При умовi λ1 ≥ λ2 (p ≥ q) згiдно з (15) bµ1 < 1, а згiдно з (16) виконується нерiвнiсть q − p+ > 0⇒ p+ < q ≤ 1 2 . (19) З (19) випливає, що при λ2 ≤ λ1 умова рiвноваги неможлива, бо при цiй умовi завжди q+ > 1 2 . Доведення. Для майже неперервних знизу процесiв у згадуванiй вище таблицi II iз [2] зiбрано також значення основних ризикових характеристик, одержаних у § 3.2, 5.2 [2]. Зокрема, в таблицi наведено значення q+ = p(1 + bµ1), p+ = q − pbµ1. (20) Пiсля пiдстановки (20) у (14) отримуємо (16). Оцiнка (18) випливає з (14) i (17). Щоб при λ2 > λ1, m = Eζ1 < 0 забезпечити надiйнiшi умови за „чесну гру” (p+ = q+), достатньо збiльшити λ2, щоб збiльшити δ > δ∗ = 1 q − p . Тодi збiльшиться середнє EC(1) > EC∗(1) = 2q q − p ES. (21) Слiд зазначити, що на практицi iнтенсивнiсть λ1 повернення виплат застрахованим особам у нещасних випадках значно менша за iнтенсивнiсть оформлення страхових контрактiв, тобто λ2 значно перевищує λ1. Тому можна вважати, що другий випадок λ1 ≥ λ2 майже неможливий. Теорему 2 доведено. Зауважимо, що при m < 0 у будь-якому випадку (q+ < p+ чи q+ ≥ p+) для обох процесiв (4) i (13) при зростаннi початкового капiталу u > 0 Ψ(u) монотонно спадає. Зокрема, для процесу (4) згiдно з наближенням Реньї (див. [2], таблиця V) Ψ(u) = P{ζ+ > u} ∼ ΨR(u) = q+e − 2δµ1u µ2(1+δ) , q+ = λµ1 C , u→∞. (22) При цьому збiльшення δ в (22) прискорює спадання ΨR(u) при u→∞. Формулу, подiбну до наближення Реньї для класичного процесу ризику (4), можна одержати i для процесу з випадковими премiями (13), якщо за наближення до ζt в (13) вибрати процес iз задачi (20.2) в [3] з довiльним b > 0: ζ0(t) = S0(t)− C(t), EC(1) = λ2b −1 (S0(t) є „наближенням” S(t)), S0(t) = ∑ k≤N0(t) Y 0 k , Y 0 k — exp(a), N0(t) — пуассонiв процес з iнтенсивнiстю λ0. Як i в прикладi 3.13 iз [2], при умовi ES0(1)k = ES(1)k, k = 1, 2, та m = Eζ1 = λ1µ1 − − λ2b −1 < 0 встановлюється зв’язок мiж параметрами ζt та ζ0(t) в термiнах перших двох моментiв ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2012, т. 64, № 7 992 Д. В. ГУСАК  λ1µ1 = λ0 a , λ1µ2 = 2λ0 a2 , ⇒  λ0 = aλ1µ1, λ1µ2 = 2λ1µ1 a , ⇒  a = 2µ1 µ2 , λ0 + λ2 = 2λ1µ 2 1 + λ2µ2 µ2 , λ0 = 2λ1µ 2 1 µ2 . Рiвняння Лундберга для ζ0(t) при Eζ0(1) < 0 зводиться до рiвняння λ0 a− r = λ2 b+ r ⇒ ρ0+ = ab|m| λ0 + λ2 = 2µ1|m|b µ2(λ0 + λ2) = 2µ1|m|b 2λ1µ21 + λ2µ2 , p0+ = ρ0+ a = b|m| λ0 + λ2 , q0+ = 1− b|m| λ0 + λ2 = λ0 + bλ1µ1 λ0 + λ2 = λ1µ1(2µ1 + µ2b) 2λ1µ21 + λ2µ2 . (23) Єдиний додатний корiнь рiвняння Лундберга r = ρ0+ згiдно з (3.105) в [2] при m < 0 визначає розподiл ζ+0 (а отже, i вiдповiдне наближення Ψ0(u)) Ψ(u) ∼ Ψ0(u) = P{ζ+0 > u} = q0+e −ρ0+u, u > 0. (24) Значення q0+ та ρ0+ згiдно з (23) виражаються в термiнах моментiв „наближуваного” процесу ζt, отже, при достатньо великих u має мiсце таке твердження. Пропозицiя. Якщо за „наближення” до ζt в (13) вибрати вищевказаний процес ζ0(t), то справджується спiввiдношення (24) з q0+, ρ 0 + в (23). Пiсля замiни у Ψ0(u) q0+ на q+ = Ψ(0) = = p(1 + bµ1) з (24) випливає наближення Ψ(u) = P{ζ+ > u} ∼ Ψ0 R(u) = q+ e − 2µ1|m|b 2λ1µ21+λ2µ2 , u→∞, яке є аналогом наближення Реньї (22), а наближення (24) — аналогом наближення Ψ0(u) в таблицi V iз [2] для процесу (4) з C = 1. Отже, наближення Реньї (22) для процесу (13) з випадковими премiями вiд наближення Реньї для процесу (4) (див. ΨR(y) у табл. V в [2]) вiдрiзняються лише показником експоненти i для q+ залежнiсть вiд δ = ρ складнiша, нiж у класичному випадку, коли q+ = 1 1 + ρ . Щоб проаналiзувати всi випадки (p+ = q+, p+ 6= q+) при знаходженнi оцiнки для C, розглянемо простий приклад. Приклад. Нехай ζt — неперервний знизу процес iз прикладу 2.3 в [2] (або iз задачi 20.3 в [3]) з позначенням параметрiв у (4): C = 1, EeiαY1 = c c− iα , c > 0, λ > 0. Тодi ζt = ∑ k≤N(t) Yk − t, δ = 1− λc−1 λc−1 = c− λ λ > 0 ( m = Eζ1 = λ c − 1 < 0 ) . При m < 0 ζ+ має невироджений розподiл з генератрисою Ee−vζ + = p+(c+ v) cp+ + v = p+ + q+ cp+ cp+ + v , q+ = λe−1, пiсля обернення якої по v визначається ймовiрнiсть банкрутства при початковому капiталi u > 0: Ψ(u) = P{ζ+ > u} = q+e −cp+u, u > 0. (25) ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2012, т. 64, № 7 УМОВИ РIВНОВАГИ МIЖ ВИЖИВАННЯМ I БАНКРУТСТВОМ 993 Для порiвняння всiх трьох випадкiв (δ< < 1, δ∗ = 1, δ> > 1) детальнiшi обчислення проведемо при c = 1 для u ≤ 1: 1) δ∗ = 1, λ = 1 2 , q+ = Ψ∗(0) = 1 2 , згiдно з (25) Ψ∗(u) = 1 2 e− 1 2u, u ≥ 0; Ψ∗(1) = 1 2 e−0,5 ≈ 0,5 · 0,6 = 0,3 < 1 2 ; 2) δ = 2, λ = 1 3 , q+ = Ψ(0) = 1 3 , згiдно з (25) Ψ(u) = 1 3 e− 2 3u, u ≥ 0; Ψ(1) = 1 3 e− 2 3 ≈ 0,15 < Ψ∗(1) < 1 2 ; 3) δ′ = 1 4 < 1; λ = 4 5 , q+ = Ψ(0) = 4 5 , згiдно з (25) Ψ(u) = 4 5 e− 1 5u, u ≥ 0; Ψ(1) = 4 5 e−0,2 ≈ 3,24 5 ≈ 0,65 > 1 2 . Отже, при обмежених значеннях початкового капiталу u ≤ 1 в усiх випадках 1 – 3 ймовiр- ностi банкрутства монотонно спадають при зростаннi u, але у першому i другому випадках для u = 1 Ψ∗(1) = 1 2 Ψ∗(0) < 1 2 , Ψ(1) ≈ 1 3 Ψ∗(0) < 1 2 , а в третьому випадку Ψ(1) ≈ 0,65 > 1 2 . Це означає, що в третьому випадку ймовiрнiсть виживання ще не досягає значення рiвноваги 1 2 при u = 1 i лише при u ≈ 2,35 можлива рiвновага мiж банкрутством i виживанням: Ψ(2,35) ≈ 1 2 . Зауважимо, що в умовах наведеного прикладу ES = λc−1, σ2(s) = λc−2, q+ = λµ1 = λc−1. За умови рiвноваги q+ = λc−1 = 1 2 , λ = c 2 . Тодi згiдно з (11) P ∗(a) = 2 λ c = 1, P ∗(b) = 1 2 (1 + √ 2c), P ∗(c) = 1 2 (1 + 2c) ( α∗ = √ c 2 , β∗ = c ) . При збiльшеннi коефiцiєнта премiй C = 1 (замiнi 1 на C > 1) страхова надбавка збiльшиться: δ> = cC − λ λ > 1. Тодi згiдно з (12) пропорцiйно збiльшиться значення рiвневих параметрiв α = δ>α∗, β = δ>β∗. Висновок. Для обох процесiв ризику (4) та (13) при порiвняно малих значеннях почат- кового капiталу u для зменшення ризику гарантовнiше вибирати α0 = δ > δ∗ = 1 для (4) (δ > δ∗ = 1 q − p для (13), q > p). Для процесу (13) при λ1 < λ2 забезпечується надiйнiша робота страхової компанiї, якщо (див. (21)) λ2 > 2qES b(q − p) . Припущення λ1 < λ2 є цiлком природним i практично виправданим. 1. Bühlmann H. Mathematical methods in risk theory. – Berlin: Springer Verlag, 1970. – 196 p. 2. Гусак Д. В. Процеси з незалежними приростами в теорiї ризику // Працi Iн-ту математики НАН України. – 2011. – 88. – 544 с. 3. Gusak D. V., Kukush A. G., Kulik A. M., Mishura Yu., Pilipenko A. Yu. Theory of stochastic processes. With applications to financial mathematics and risk theory. – New York etc.: Springer, 2010. – 376 p. 4. Гусак Д. В. Граничнi задачi для процесiв з незалежними приростами в теорiї ризику // Працi Iн-ту математики НАН України. – 2007. – 65. – 459 с. Одержано 28.12.11, пiсля доопрацювання — 03.04.12 ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2012, т. 64, № 7
id umjimathkievua-article-2633
institution Ukrains’kyi Matematychnyi Zhurnal
keywords_txt_mv keywords
language Ukrainian
English
last_indexed 2026-03-24T02:27:17Z
publishDate 2012
publisher Institute of Mathematics, NAS of Ukraine
record_format ojs
resource_txt_mv umjimathkievua/3d/c87c8714108bcfc83c39e6caf872fa3d.pdf
spelling umjimathkievua-article-26332020-03-18T19:31:34Z Conditions for balance between survival and ruin Умови рівноваги між виживанням і банкрутством Gusak, D. V. Гусак, Д. В. Let $\xi_t$ be a classic risk process or a risk process with stochastic premiums. We establish conditions for balance between ruin and survival in the case of zero initial capital $u = 0$ (ruin probability $q_{+} = \psi(0) = 1/2$, survival probability $p_{+} = 1 — q_{+} = 1/2$) and determine premium estimates under these conditions. Пусть $\xi_t$ — классический процесс риска или процесс риска со случайными премиями. Установлены условия равновесия между банкротством и выживанием при нулевом начальном капитале $u = 0$ (вероятность банкротства $q_{+} = \psi(0) = 1/2$ вероятность выживания $p_{+} = 1 — q_{+} = 1/2$) и определены премиальные оценки при этих условиях. Institute of Mathematics, NAS of Ukraine 2012-07-25 Article Article application/pdf https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/2633 Ukrains’kyi Matematychnyi Zhurnal; Vol. 64 No. 7 (2012); 988-993 Український математичний журнал; Том 64 № 7 (2012); 988-993 1027-3190 uk en https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/2633/2025 https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/2633/2026 Copyright (c) 2012 Gusak D. V.
spellingShingle Gusak, D. V.
Гусак, Д. В.
Conditions for balance between survival and ruin
title Conditions for balance between survival and ruin
title_alt Умови рівноваги між виживанням і банкрутством
title_full Conditions for balance between survival and ruin
title_fullStr Conditions for balance between survival and ruin
title_full_unstemmed Conditions for balance between survival and ruin
title_short Conditions for balance between survival and ruin
title_sort conditions for balance between survival and ruin
url https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/2633
work_keys_str_mv AT gusakdv conditionsforbalancebetweensurvivalandruin
AT gusakdv conditionsforbalancebetweensurvivalandruin
AT gusakdv umovirívnovagimížviživannâmíbankrutstvom
AT gusakdv umovirívnovagimížviživannâmíbankrutstvom