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Soit N(t) le nombre de poissons attrapés sur l’intervalle de temps [0,t]. Sous les hypothèses que le nombre de poissons dispo- nible est grand, qu’en tout instant, ils sont susceptibles de mordre à l’hameçon et que tous les pêcheurs ont la même chance d’en attraper, le processus {N(t),t? 0} peut être considéré comme un processus de Poisson.

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MASTER ISIFAR 2eme annee Bases mathematiques de l'assurance

Corrige de l'examen du 18 novembre 2009

Exercice1.On denit la transformee de Laplace d'une variable aleatoireXsurR+par

X(t) =E[etX]:

Pour chacune des lois suivantes, determiner pour quelles valeurs det0 la fonction generatrice est denie et la calculer lorsque c'est possible. (i)

Lo ide Bernoulli de param etrep2]0;1[.

Corrige

La fonction g eneratriceest d eniep ourtout t0 et vautX(t) =pet+ 1p. (ii)

Loi exp onentielleE() de densiteex,x0, >0.

Corrige

La fonction g eneratriceest d eniep ourt2[0;[ et vautX(t) ==(t). (iii) Loi de P aretoP(c;) de fonction de survie (x=c),xc,c >0, >0.

Corrige

La fonction g eneratricen'est d eniep ouraucune v aleurde t >0. SoitNune variable aleatoire de loi de Poisson de parametreet soitfXigune suite de variables i.i.d. On poseS=PN i=1Xi. (iv) Calculer la fonction g eneratriceLN(z) =E[zN] pourz >0.

CorrigeLN(z) = e(z1).

(v) Ca lculerla fonction g eneratriceLS(z) =E[etS] pourt >0 en fonction de celle desXi et en deduire a loi deSlorsque lesXisuivent la loi de Bernoulli de parametrep.

Corrige

L

S(z) =E[etS] =E[X(t)N] = e(X(t)1)= ep(et1)

On obtient donc queSsuit la loi de Poisson de parametrep. Exercice2.Les co^uts de sinistres sont representes par une suite de variables aleatoires pos- itives i.i.d. de fonction de repartitionFet d'esperance nie. Une compagnie d'assurance ne rembourse que les sinistres d'un montant superieur a la franchise. Le co^ut des sinistres assures est doncX= (Xi)+. (i) Ex primerle co ^utmo yend'un sinistre assur eE[X] en fonction de la fonction de survieFdesXi.

Corrige

P arin tegrationpar parties, on obtien t

E[X] =Z

1 (x)dF(x) =Z 1

F(x)dx :

(ii) Ca lculerle co ^utmo yend'un sinistre assur eE[X] lorsque lesXisuivent la loi expo- nentielle de parametre. 1

Corrige

E[X] =Z

1 exdx=e (iii) Ca lculerle co ^utm oyend'un sinistre assur eE[X] lorsque lesXisuivent la loi de

ParetoP(;c) avec >1 et > c.

Corrige

E[X] =Z

1 (x=c)dx=c11: (iv) On d enitles v ariablesal eatoiresYi= 1fXi>g. Quelle est la loi des variablesYi?

Corrige

Les v ariablesYisont i.i.d. de loi de Bernoulli de parametreF(). (v) Exp rimerle nom brede s inistresassur esNen fonction deNet des variablesYi.

CorrigeN=PN

i=1Yi. (vi) Calculer la fonction g eneratriceG(z) =E[zN] en fonction de la fonction generatrice deNet deP(X > ). Determiner la loi deNlorsqueNsuit la loi de Poisson de parametre. CorrigeE[zN] =E[fF()z=F()gN] = eF()(z1). La loi deNest donc la loi de Poisson de parametreF(). Exercice3.SoitNun processus de Poisson inhomogene d'intensiteh. On posem(t) =Rt

0h(s)dset on suppose quehprend les valeurs suivantes :

h(t) =8 :1 sit2[0;1];

2 sit2[1;2];

1 sit2[2;3]:

(i) Q uelleest la loi du nom bretotal d'arriv eesdans l'in tervalle[0 ;3].

Corrige

C'est la loi de P oissonde param etreR3

0h(t)dt= 4.

(ii) Qu elleest la p robabilitequ'il n'y ait aucune arriv eea vantla date t= 2.

CorrigeN(2) suit la loi de Poisson de parametreR2

0h(t)dt= 3, doncP(N(2) = 0) = e3.

(iii) Quelle est la probabilit equ'il y ait eu 2 arriv eesa vantla date t= 2 sachant qu'il y en a eu une a la datet= 1.

Corrige

La loi conditionnelle de N(2)N(1) sachant queN(1) = 1 est la loi de Poisson de parametre 2 donc P(N(2) = 2jN(1) = 1) =P(N(2)N(1) = 1jN(1) = 1) = 2e2: 2 (iv)Quelle est l'esp erancedu n ombred'arriv eeen trela date t= 2 et la datet= 3 sachant qu'il y en a eu 10 a la datet= 2.

Corrige

Le pro cessusde P oissonest un pro cessus aaccroissemen tsstationnaires et ind ependants, donc la loi du nombre d'arrivee entret= 2 ett= 3 est la loi de Poisson de parametre

1, doncE[N(3)N(2)jN(2) = 10] = 1.

Exercice4.Soit une variable aleatoire etNun processus de Poisson de parametre conditionnellement a =. On suppose que prend les valeurs1avec probabilitepet

2avec probablite 1p,p2]0;1[. On pose=E[]. SoitfXigune suite de variables

aleatoires positives independantes deNet , d'esperance nieet soitSle processus deni par

S(t) =N(t)X

i=1X i: (i)

C alculerE[N(t)j =i],i= 1;2. En deduireE[N(t)].

CorrigeE[N(t)j =i] =it,i= 1;2, d'ouE[N(t)] =p1+ (1p)2=. (ii)

Ca lculerE[S(t)j =i],i= 1;2. En deduireE[S(t)].

CorrigeE[S(t)j =i] =it,i= 1;2, d'ouE[S(t)] =t.

(iii) En d eduirela condition de solv abilite along terme p ourune compag nied'assurance faisant payer une primecpar unite de temps.

Corrige

La condition de solv abiliteest c > .

Exercice5.SoitNun processus de Poisson homogene d'intensite >0. SoitT1;:::;Tn;::: les instants d'arrivees. On rappelle la relation

N(t)n,Tnt :(1)

(i) Q uelleest la loi des in terarriveesk=TkTk1,k1? Quelle est la nature de la suitefk;k1g?

Corrige

Les v ariablesksont i.i.d. de loiE().

(ii)

D eduirede la relation (

1 ) l'identite

P(Tn> t) = etn1X

k=0(t)kk!:(2)

Corrige

P arla relation (

1 ), on a

P(Tn> t) =P(N(t)n1) = etn1X

k=0(t)kk!: 3 SoitfXigune suite de variables aleatoires i.i.d. positives d'esperance nieet de fonction de repartitionF. Soitu >0 (le capital initial),c >0 la prime etRle processus deni par

R(t) =u+ctN(t)X

i=1X i: (iii) Rap pelerla condition d esolv abilite along terme en trec,et.

Corrigec > .

On suppose cette condition satisfaite et l'on pose=c=()1. On suppose que les X isuivent la loi exponentielle de parametre. On rappelle la formule de Levy-Khinchine donnant la probabilite de ruine (u) : (u) =1 +1 X k=1(1 +)kP(X1++Xn> u):(3) (iv)

Exprimer en fonction de.

Corrige= 1=.

(v)

Utiliser l'iden tite(

2 ) (en expliquant pourquoi on peut remplacer les variablesipar les variablesXietpar) pour donner une expression sous forme de somme pour P(X1++Xn), que l'on reportera dans la formule de Pollacek-Khinchine pour determiner explicitement la probabilite de ruine en fonction deet.

Corrige

On p eutappliquer la relation (

2 ) a la somme des variablesXicar elles sont i.i.d. de loiE() en remplacantpar. On a donc (u) =1 +1 X k=1(1 +)kk1X j=0e u(u)jj!=1 +eu1X j=0(u)jj!1 X k=j+1(1 +)k

11 +eu1X

j=0(u)jj!(1 +)j=11 +eueu1+=11 +e1+u: 4quotesdbs_dbs35.pdfusesText_40
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