Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

lecture8

.pdf
Скачиваний:
5
Добавлен:
21.04.2015
Размер:
243.06 Кб
Скачать
au
qu , μu+t
T ( xk )

Лекція 8 Страхування життя декількох осіб

8.1Вступ

Розглянемо m осіб початкового віку x1 , x2 ,..., xm . Для простоти позначимо тривалість майбутньої життя k-гo індивіда у позначеннях лекції 2, через Tk (k = l,...,m). На основі цих m елементів визначимо деякий стан з тривалістю майбутнього життя в цьому стані Т(u). Позначимо відповідно через t pu умовну імовірність того, що стан u ще не порушений у момент t за умови, що він існував в момент 0; символи і т.д. визначаються аналогічно. Будуть розглядатися також ануїтети, визначені в термінах стану u. Наприклад, символ позначає разову нетто-премію прямого

довічного ануїтету зі щорічними виплатами величини 1, що здійснюються доти, доки зберігається стан u. Ми також проаналізуємо страхування зі страховими виплатами в

момент порушення стану u. Наприклад, символ Au позначає разову нетто-премію, якщо страхова сума величини 1 виплачується негайно після порушення стану u.

8.2 Стан спільного життя

Стан спільного життя

 

u := x1 : x2 : ...: xm

(8.2.1)

визначається як існуючий доти, доки всі m осіб, що беруть участь у ньому, живі.

Часом руйнування цього стану є

 

T (u ) := min(T1 , T2 , ..., Tm ).

(8.2.2)

Будемо далі припускати, що випадкові величини T1 ,T2 ,...,Tm незалежні. Тоді розподіл часу руйнування стану (8.2.1) задається формулою

t

px :x :...:x

:=P(T(u) >t) =P(T1

>t,T2

>t,...,Tm >t) =

 

 

1 2 m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

m

 

 

 

 

 

 

=P(Tk

>t) =t pxk .

 

 

 

 

 

(8.2.3)

 

k =1

k =1

 

 

 

 

 

 

Миттєваінтенсивність руйнування стану спільного життя є, згідно(2.2.5),

 

 

 

d

 

 

d

m

m

 

 

 

μu +t = −

ln t pu = −

ln t pxk = μxk +t .

(8.2.4)

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

dt k =1

k =1

 

1

Ця рівність нагадує (7.2.2). Відзначимо, однак, що, на відміну від рівності з лекції 7, рівність (8.2.4) припускає незалежність випадкових величин T1 ,T2 ,...,Tm . Принципи лекцій 3 і 4

можна тепер застосувати для обчислення, наприклад, разової нетто-премії страхування з виплатоюпри першій смерті:

 

 

 

Ax1:x2 :...:xm

:= υk +1

k px1:x2 :...:xm qx1 +k:x2 +k:...:xm +k .

(8.2.5)

 

k =0

 

 

Разованетто-преміядляпрямогоануїтетустрахуванняспільногожиттяє

a x1 :x2 :...:xm

:=

υ k

k p x1 :x2 :...:xm .

(8.2.6)

 

k =0

 

 

 

Співвідношення, подібніотриманимвлекції4, залишаютьсясправедливими, наприклад,

1 = dax1:x2 :...:xm + Ax1:x2 :...:xm .

(8.2.7)

Визначенняівисновкилекцій5 і6 можнаузагальнити, заміняючи( х) на(u). Якщо позначити через n стан, що порушується вмомент п, тобто

T (

 

 

) := n ,

 

n

 

(8.2.8)

 

то T (x : n ):=min(T (x),n) . Очевидно, що позначення для разової нетто-премії Ax:n

(дожиття) і ax:n (тимчасове страхування) узгоджуються з таким позначенням стану спільного життя.

8.3 Спрощення

Значне спрощення відбувається, якщо смертність всіх людей у групі підкоряється одному і томуж законуГомпертца, тобто

μx

+t = Bc xk +t , t 0, k =1,..., m.

(8.3.1)

k

 

 

Розв'язавши рівняння

 

 

cx1 +cx2 +...+cxm =cw

(8.3.2)

відносно w, можна зобразити миттєву інтенсивність руйнування стану спільного життя у вигляді

2

μu+t =μw+t , t 0.

(8.3.3)

З цього випливає, що інтенсивність руйнування стану спільного життя підкоряється тому ж самому закону смертності Гомпертца, що й індивідуальне життя з "початковим віком" w. І тоді всі обчислення, що стосуються станів спільного життя, можуть проводитися в термінах одногоіндивіда(w). Якприкладмаємо

Ax :x

:...:x

m

= Aw ,

(8.3.4)

1 2

 

 

 

ax :x :...:x = aw.

(8.3.5)

1 2

m

 

 

 

Деякі спрощення також виникають, якщо всі індивіди підкоряються одному й тому самому законусмертностіМейкхема

μxk +t = A + Bc xk +t .

(8.3.6)

Нехай w — розв’язок рівняння

 

cx1 +cx2 +...+cxm =mcw.

(8.3.7)

Тоді з (8.2.4) випливає, що

 

μu+t =mμw+t = μw+t:w+t:...:w+t , t 0 .

(8.3.8)

Це означає, що m осіб віку x1 , x2 ,..., xm

можуть бути замінені m особами однакового

"початкового" вікуw. Наприклад,

 

ax :x

:...:x

= aw:w:...:w .

(8.3.9)

1 2

 

m

 

Помітимо, що вік w, визначений у (8.3.7), є деяке середнє від x1 , x2 ,..., xm , тоді як вік w, визначенийу (8.3.2), перевищує всі x1 , x2 ,..., xm .

8.4 Стан виживання останнього

Стан виживання останнього

 

u :=

 

 

 

x1 : x2 : ...: xm

(8.4.1)

 

зберігається доти, доки живий принаймні один з m індивідів.

 

Він руйнується разом зі смертю останнього члена групи:

 

 

T(u) =max{T1,T2,...,Tm}.

(8.4.2)

3

Стан спільного життя і стан виживання останнього можна наочно уявити собі за аналогією з електричними ланцюгами: стану (8.2.1) відповідає послідовне з'єднання m провідників, тоді як стану (8.4.1) відповідає їхнє паралельне з'єднання.

Імовірності і разові нетто-премії для стану виживання останнього можна обчислити, використовуючи визначені раніше стани спільного життя. Щоб побачити це, застосуємо формулу включення-виключення з теорії імовірностей. Якщо B1 , B2 ,..., Bm позначають

деякі події, то імовірність їхнього об'єднання є

P(B1 B2 ... Bm ) =S1 S2 +S3 ...+(1)m1 Sm.

(8.4.3)

Sk позначає симетричну суму

 

 

 

 

Sk = P(Bj1

Bj2

...Bjk

),

(8.4.4)

1j1<...<jk m

 

 

 

 

у якій підсумовування проводиться за всіма Cmk підмножинами з k подій. Позначивши через Bk подію, яка полягає у тому, що k-й індивід ще живий у момент t, одержуємо з

(8.4.3):

t

p

 

 

=St

St

+St

...+(1)m1 St

,

(8.4.5)

x1:x2

:...:xm

 

1

2

 

3

 

m

 

де

 

 

 

Skt

=

t pxj

 

 

 

 

 

 

 

 

:xj :...:xj .

(8.4.6)

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

k

 

Домножаючи рівняння (8.4.5) на υ t і підсумовуючи за t, одержуємо формулу разової нетто-премії довічного ануїтету для стану виживання останнього:

a

 

=S1a S2a +S3a ..+(1)m1Sma.

(8.4.7)

x1:x2:...:xm

Тут ми ввели позначення

 

 

Ska = a x j :x j

:...:x j .

(8.4.8)

1 2

k

 

Розглянемо тепер страхову суму, рівну 1, яка виплачується в момент смерті останнього члена групи. Її разову нетто-премію можна обчислити так:

Ax1:x2:...:xm

=1d a

 

=1d(S1a S2a +S3a ...+(1)m1Sma ).

(8.4.9)

x1:x2:...:xm

Визначимо симетричні суми

 

 

 

 

 

 

S kA = Ax j

:x j

:...:x j

.

(8.4.10)

 

1

2

 

k

 

 

4

Підставляючи

S ka =

C

k

S

A

 

m

 

k

 

 

 

d

(8.4.11)

 

 

 

у (8.4.9), одержуємо формулу

A

 

 

=S A S A +S A ...+(1)m1 S A.

(8.4.12)

x1:x2

:..:xm

 

1

2 3

m

Схожі формули можна вивести і для разової нетто-премії дробових, неперервних ануїтетів, або страхуваньзвиплатоюстраховоїсумибезпосередньоприостаннійсмерті.

Приклад. Як ілюстрацію розглянемо випадок трьох людей з початковим віком x, у и z. У цьому випадку маємо, наприклад,

a

 

= S a S a + S a ,

(8.4.13)

x: y : z

 

1

2

3

де

S1a = ax + a y + az ,

S2a = ax:y +ax:z +ay:z ,

S3a = ax:y:z .

Разові нетто-премії ax:y , ax:z , ay:z , а також ax:y:z

(8.2.3) і(8.2.5).

(8.4.14)

можна обчислити, використовуючи рівняння

8.5

Загальний симетричний стан

 

 

 

 

 

 

 

 

Визначимо стан

 

 

 

 

 

 

u :=

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

x :x

2

:...:x

m

(8.5.1)

1

 

 

як такий, що триває доти, доки живі принаймні k з початкових m індивідів, тобто він припиняється при (m-k+1)-ій смерті.

Стан спільного життя (k = m) і стан виживання останнього (k = 1) є окремими випадками даного стану.

5

Стан

u :=

 

 

 

[ k ]

 

x

:x

2

:..:x

m

 

(8.5.2)

1

 

 

за визначенням вважається непорушеним, якщо живі в точності k з m індивідів.

Такий стан починається в момент (m-k)-ої смерті і припиняється в момент (m-k+1)-ої смерті. Його властивості випливають з формули Шуетта-Несбіта, яка буде доведена незабаром. Для довільно обраних коефіцієнтів c0 ,c1 ,..., cm маємо

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

ck

t p

 

 

[ k ]

 

 

 

=

j c0 S tj

(8.5.3)

 

 

 

x :x

:...:x

 

 

 

k =0

 

 

 

 

 

1

 

2

 

 

 

m

 

 

j =0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

і, аналогічно,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

ck a

 

 

 

[k ]

 

=

j c0 S aj ,

 

 

 

 

x

:x

 

:...:x

(8.5.4)

 

 

 

k =0

1

2

 

 

m

 

 

j =0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

де

c =c

c ,

jc ( j1c ).

 

 

 

k

k+1

k

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

Тут величини

S tj і S aj

визначаються за допомогою (8.4.6) і (8.4.8) для j=1, 2, …, т; ми

припускаємотакож S0t

:=1 і S0a

:= a

 

 

. Длядовільнообранихкоефіцієнтівd1 , d2, . . . , dm маємо

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

dk t

p

 

 

k

=

j 1d1 S tj

(8.5.5)

 

 

 

x :x

:...:x

 

 

 

k =1

 

 

1

2

 

 

 

m

 

 

j =1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

і, аналогічно,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

dk a

 

k

=

j 1d1S aj .

 

 

 

 

x :x

:...:x

(8.5.6)

 

 

 

k =1

 

 

1 2

 

 

m

 

 

j =1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Останні дві формули випливають із двох попередніх: при

 

 

 

c0

= 0, c k

= d 1

 

+ ...

 

 

+ d k

 

(8.5.7)

ліві частини формул (8.5.5) і (8.5.6) приймають вигляд (8.5.3) і (8.5.4) відповідно.

Вирази (8.5.5) і (8.5.6) мають ту перевагу, що вони можуть бути узагальнені на страхування життя:

m

 

 

 

m

 

dk A

 

 

k

= j 1d1S jA .

 

x

:x

:...:x

(8.5.8)

k =1

1

2

m

j =1

 

 

 

 

Церівняннявипливаєз(8.5.6) такякі(8.4.12) з(8.4.7).

6

Приклад. Як ілюстрацію розглянемо неперервний ануїтет, який виплачується чотирьом особам початкового віку w, х, у, z. Ставка страхової виплати починається з 8 і знижується вдвічізкожноюсмертю. Разованетто-преміятакогоануїтетудорівнює

 

 

8a

 

[4]

+4a

 

 

[3]

+2a

 

[2]

+a

 

[1].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

w:x:y:z

 

w:x:y:z

w:x:y:z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

w:x:y:z

Такимчином, маємокоефіцієнти

с0 = 0, с1 = 1, с2 = 2, с3 = 4, с4 = 8.

Таблицярізницьмаєтакийвигляд:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

ck

 

ck

 

2ck

 

3ck

 

 

 

4ck

 

 

0

 

 

0

 

1

 

 

 

0

 

 

1

 

 

0

 

 

 

 

1

 

 

1

 

1

 

 

 

1

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

2

 

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

4

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Отже, разова нетто-премія цього ануїтету є S1a + S3a , де

 

S a

=a

+a +a

+a ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

w

x

y

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S3a =aw:x:y +aw:x:z +aw:y:z +ax:y:z.

(8.5.9)

(8.5.10)

Приклад. Як іншу ілюстрацію розглянемо страхування життя для трьох осіб (початкового віку х, у, z), для якого страхова сума дорівнює 2 при першій смерті, 5 — при другій і 10 — при третій, з виплатою кожної з цих сум наприкінці року. Разова нетто-премія для такого страхування є

2 Ax: y:z3 +5Ax: y:z2 +10 Ax: y:z .

Починаючи з d1=10, d2=5, d3 = 2, можна заповнити таблицю різниць:

k

dk

dk

2 dk

1

10

-5

2

2

5

-3

 

3

2

 

 

Отже, разова нетто-премія цього страхування дорівнює

10 S1A 5S2A +2S3A ,

де

S1A = Ax + Ay + Az , S2A = Ax:y + Ax:z + Ay:z , S3A = Ax:y:z .

(8.5.11)

(8.5.12)

7

8.6 ФормулаШуетта-Несбіта

Позначимочерез B1 , B2 ,..., Bm довільніподії. НехайN – кількістьподій, щовідбуваються; тодіN -

випадкова

величина з множиною значень {0,1…,m}.

Для довільно обраних коефіцієнтів

c0 ,c1 ,..., cm виконуєтьсяформула

 

 

 

 

 

 

 

 

m

m

 

 

 

cn P(N =n) = kc0Sk ,

(8.6.1)

 

 

n=0

k=0

 

 

де Sk визначаютьсятаксамо, яків(8.4.4), а S0 :=1.

Длядоведення(8.6.1) скористаємосяоператоромзсувуε, визначенимзадопомогою

ε(ck ) =ck +1.

(8.6.2)

Оператор зсуву і різницевий оператор пов'язані співвідношенням ε=1+ . Оскільки 1 I B j - індикаторнафункціядоповненнядо B j , легкобачити, що

m

 

m

 

 

 

 

I{N =n}εn =(1IBj + IBj ε)=

 

 

 

n=0

 

j=1

 

 

 

 

m

 

m

(IB j1 B j2 ...B jk )

 

 

(1

+ IB j

)=

k .

(8.6.3)

j=1

 

k =0

 

 

 

 

Обчислюючиматематичнісподівання, одержуємооператорнутотожність

 

 

m

 

m

 

 

 

 

P(N = n)εn =

Sk

k .

(8.6.4)

 

 

n=0

 

k =0

 

 

Застосовуючицейоператордопослідовності{сk} приk = 0, одержуємо(8.6.1). Рівняння (8.5.3) випливає з (8.6.1), коли в якості Bj береться подія T j t .

Нарешті, покажемо ще одне застосування формули (8.6.1).

Приймаючи cn = zn в (8.6.1),

одержуємо вираз генератриси дляN:

 

m

 

E( z N ) = ( z 1)k Sk .

(8.6.5)

k =0

 

Як ілюстрацію розглянемо таку задачу. Припустимо, що m різних листів вкладаються випадковим чином у m конвертів з адресами. Нехай Bj позначає випадкову подію, яка полягає в тому, що лист j вкладений у потрібний конверт, і нехай N — число листів із правильними адресами. З рівності

P(Bj

Bj

 

... Bj

 

) =

1

(8.6.6)

 

k

m(m 1)...(m k +1)

1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

8

випливає, що Sk =1/ k! Тоді генератриса для N :

 

E ( z N ) = m

( z 1) k

.

(8.6.7)

 

k =0

k !

 

При m → ∞ послідовність цих функцій збігається до

ez1 , що є генератрисою

пуасонівського розподілу з параметром 1. Таким чином, для великих значень m розподіл величини N можна апроксимувати пуасонівським розподілом з параметром 1.

8.7Асиметричні ануїтети

Узагальному випадку складні стани менш симетричні. Наприклад, стан

 

 

 

 

 

w : x : y : z

(8.7.1)

зберігається, якщо живий принаймні один з (w) і (х) і принаймні один з (у) і (z). Моментом руйнування даного стану є

T = min{max{T (w),T (x)}, max{T ( y),T (z)}}.

(8.7.2)

Для цього стану разова нетто-премія ануїтету може бути обчислена в термінах разових нетто-премій для станів спільного життя. Цевипливаєізспіввідношень

t p

 

=t pu +t pv t pu:v

(8.7.3)

u:v

і, відповідно,

a

 

= au + av au:v ,

(8.7.4)

u:v

які справедливі для довільних станів u і v. Розглянемо, наприклад, ануїтет величиною 1, що триває, доки зберігається стан (8.7.1). Повторним застосуванням (8.7.4) одержуємо вираз для його разової нетто-премії:

aw:x:y:z =aw:x:y +aw:x:z aw:x:y:z =aw:y +ax:y aw:x:y +

 

aw:z +ax:z aw:x:z aw:y:z ax:y:z +aw:x:y:z.

(8.7.5)

При вивченні страхування вдів і страхування сиріт доречні реверсивні ануїтети. Символ ax / y позначає разову нетто-премію неперервного потоку платежів з нормою 1, що

починається в момент смерті (х) і закінчується в момент смерті ( у) . Цю разову неттопремію можнаобчислити задопомогоюспіввідношення

ax/ y =ay ax:y .

(8.7.6)

9

8.8 Асиметричні страхування

Розглянемо m індивідів з 8.2 і припустимо, що тривалості їхнього майбутнього життя незалежні. Узагальнене страхування забезпечує виплату суми c j (t) при першій смерті,

якщо j помирає першим у момент t (тобто стан спільного життя руйнується через j). Таке страхування математично еквівалентне страхуванню, що обговорювалося в 7.4. За аналогією з формулою (7.4.4) разова нетто-премія цього страхування першої смерті є

m

 

 

 

c j (t )υt

t px1 :x2 :...:xm

μx j +t dt.

(8.8.1)

j =1

0

 

 

 

До цього типу відноситься реверсивний ануїтет, розглянутий у попередньому параграфі. Визначаючи

c1(t)=

a

y+t, c2(t)=0

(8.8.2)

одержуємо

 

 

ax / y = ay +tυt

t px:y μx+t dt.

(8.8.3)

0

 

 

 

Цей вираз заздалегідь припускає незалежність T(x) і T(y), на відміну від (8.7.6). В окремому випадку, коли ck (t) =1 і c j (t) = 0 для j≠k, разова нетто-премія позначається

через

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ax :...:x

 

:x

:x

 

:...:x

 

 

(8.8.4)

 

 

k 1

k

k +1

m

 

1

 

 

 

 

 

і може бути обчислена так

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

=

υ

t

t p x1 : x 2 :. . .: x m

μ x k + t d t .

 

 

 

 

 

 

 

A x1 :. . .: x k 1 : x k : x k +1 :. . .: x m

 

 

(8.8.5)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

Відзначимо, що позначення, введені в лекції 3 для разової нетто-премій чистого дожиття і тимчасового страхування, є окремими випадками (8.8.4); вони одержуються, якщо інтерпретувати n якстан, щоруйнуєтьсявмоментn.

Разову нетто-премію (8.8.5) дуже легко обчислити, якщо життя всіх індивідів підкоряються одномуітомужсамомузаконусмертностіГомпертца, див. (8.3.1). У цьому випадку

μxk +t =

cxk

μx1 +t:x2 +t:...:xm +t ,

(8.8.6)

cw

де w визначається за допомогою (8.3.2); отже,

10

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]