Klausur zu Stochastische Risikomodellierung und statistische Methoden (Mai 2008)
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- Sebastian Heinrich Brandt
- vor 6 Jahren
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1 Klausur zu Sochassche Rskomodellerug ud sassche Mehode (Ma 8) Aufgabe (3 Puke): E Lebesverscherugsuerehme ewckel ee Tarf für ee gemsche Verscherug (d. h. de Verscherugssumme wrd glecher Höhe m Todesud Erlebesfall fällg) gege Emalberag. Das Uerehme möche Hblck auf das Schwakugsrsko ee Scherhe vo 95 % erreche. Zur Verefachug wrd ageomme, dass de Verscheruge ur m Aler abgeschlosse werde köe, ee Laufze vo 4 Jahre habe ud de verschere Rske uabhägg voeader sd. Das Verscherugsuerehme geh vo de folgede Serbewahrschelchkee aus: q,5,,5 3, a) Ermel Se ee relave Zu- bzw. Abschlag, der auf de Ausschedewahrschelchkee azuwede s, um de gefordere Scherhe () für jedes der Aler bs 3 () für de Aler bs 3 sgesam zu erreche be eer Besadsgröße vo 4 Verschere für jedes Aler. (95 % - Qual der Sadard-Normalverelug: u 95% =,65). b) Verallgemeer Se de Asaz uer a), dem Se de Rskolesug des Verscherugsuerehmes ebezehe. (Asaz: Emalberag Höhe vo 8 % der Verscherugssumme, kee Kose, learer Aseg des Deckugskapals) c) Welche Äderuge ergebe sch für de Ergebsse uer a) ud b), we sch der Besad verdoppel? d) Erläuer Se de Begrff des Solvezkapals. We ka das Solvezkapal be eer gefordere Scherhe vo 95% ermel werde, we kee Modfkao der Ausschedewahrschelchkee vorgeomme wrd (Berachug ur für Verräge am Beg der Verscherug, d.h. für L = 4, L = L = L 3 = ). Selle Se herzu dre Asäze dar, skzzere ud vergleche Se de Vorgeheswese. Erläuer Se be eer der Vorgeheswese, welche Äderug sch für das Solvezkapal ergb, we sch der Besad verdoppel. Lösug: zu a): () Für de Lebesverscherer beseh de Aler bs 3 e Todesfallrsko, da de Todesfallsumme de erse Verscherugsjahre höher als de bs dah agesammele Deckugsrücksellug s. Um bzgl. des Schwakugsrskos de gefordere Scherhe vo =,95 zu erreche, muss daher für jedes Aler e relaver Zuschlag s auf de Serbewahrschelchke q ermel werde, so dass de Wahrschelchke, dass de Azahl der Toe kleer glech als de erwaree Azahl vo Toe s, 95% beräg.
2 Klausur zu Sochassche Rskomodellerug ud sassche Mehode (Ma 8) Für alle Aler =,,3 muss also gele: m (! P T L q (+ s ) =,95, (*) L T s ) Azahl der Lebede m Aler, Azahl der Toe m Aler, rel. Zuschlag m Aler. De Azahl der Toe T = m B(;q ). läss sch auch darselle als Summe vo uabhägge Beroull-verele Zufallsvarable, =,, L, d.h. T Daher gl L = ) m ET = Lq ud T B(L ;q Var(T ) = L q ( q ). Glechug (*) s dam äquvale zu T ET Lq (+ s ) Lq T ET Lqs P = P Var(T ) Var(T ) Var(T ) Lq ( q ) T ET Da de Zufallsvarable Z: = äherugswese ormalverel s, folg Var(T ) Lqs! = u,95,65 Lq( q) ud dam! =,95 Lq( q), 65 q s =,65 =, für =,...,3. Lq q [Nch der Aufgabe geforder: I userem Bespel ergb sch daher ] L q s q 4,5,638,8 4,,89,8 4,5,6685,5 3 4,,5775,36 () Soll de Scherheswahrschelchke vo 95% für alle Aler sgesam egehale werde, ergb sch der Asaz
3 Klausur zu Sochassche Rskomodellerug ud sassche Mehode (Ma 8) 3 3! P T L q (+ s ) =,9 = = 5 M deselbe Überleguge we obe ergb sch de Äquvalez T ET L q (+ s ) L q! = = = = P 3 3 =,95 Var T L q ( q ) = = ud dam 3 = 3 = L q s L q ( q ) = u,65, L q ( q ) q ( q ) =, 65 = s =, 65 =, L q q = = [I userem Bespel ergb sch dam ] L q q 4,5,68 4,,37 4,5,5 3 4,,73 zu b): De Rskolesug des Verscherugsuerehmes häg vom Aler des Verschere be Tod ab. Srb der Verschere m Aler, so ha das Uerehme ers 8% der Verscherugssumme ämlch de Emalberag be Verscherugsbeg m Aler als Deckugskapal agespar ud muss daher % der Verscherugssumme als Rskolesug erbrge, be Tod m Aler 5% usw. Se K das rskere Kapal (=Rskolesug) m Aler m K =, K =,5 K =, K =,5 3
4 Klausur zu Sochassche Rskomodellerug ud sassche Mehode (Ma 8) Der verallgemeere Asaz vo Aufgabeel a) () ergb sch da zu! P( T K L q (+ s ) K) =,95 für alle =,,3. K Da der Fakor auf bede See herausgekürz werde ka, ergebe sch be desem Asaz deselbe alersabhägge Fakore we uer a) (): Lq( q), 65 q = = s,65, für =,...,3. Lq q Der verallgemeere Asaz vo Aufgabeel a) () ergb sch zu 3 3! P T K L q K (+ s ) =,9 = = 5, Aalog zu a) () erhäl ma dam: 3 3 L q ( q ) K q ( q ) K s =,65 = L q K q K =, 65 = 3 3 = = zu c): De relave Zuschläge verrger sch um de Fakor : Ergebsse uer a): ) Lq( q), 65 q s =,65 = Lq q, ( =,,, 3) ) 3 3 L q ( q ) q ( q ) =, 65 = s =,65 = 3 3 L q q = = Ergebsse uer b): ) Lq( q), 65 q s =,65 = Lq L q,
5 Klausur zu Sochassche Rskomodellerug ud sassche Mehode (Ma 8) ) 3 3 L q ( q ) K q ( q ) K s =,65 = L q K q K =, 65 = 3 3 = = zu d): Uer Solvezkapal verseh ma das Kapal, das e Verscherugsuerehme zusäzlch zum erwaree Gesamschade berehale muss, um m 95%ger Wahrschelchke de Asprüche aller Verschere erfülle zu köe. Bezeche S de Gesamschade des Verscherugsuerehmes, da ergb sch das Solvezkapal also als Dfferez zwsche dem 95%-Qual der Gesamschadeverelug ud dem Erwarugswer E(S ). Zur Besmmug des Solvezkapals muss daher zuächs de Gesamschadeverelug vo werde. S bereche Allgeme ergb sch der Gesamschade Ezelschäde S des Verscherugsuerehmes als Summe der S =, = wobe, =,,, chegave uabhägge Zufallsvarable see. Es gl da Var(S ) ES = Var( ) = σ = = = E = μ = =. ud wege der Uabhäggke der auch I userem Fall bezeche (=,,4) de Schade des Lebesverscherugsuerehmes, we e -Jährger srb. Da m erse Verscherugsjahr ers 8% der Verscherugssumme vorlege, beräg de Höhe des Schades für das Verscherugsuerehme,. d.h., B(;q ). Zur Berechug der Gesamschadeverelug gb es verschedee Asäze: ) Berechug der Gesamschadeverelug durch Falug Da de Vereluge der Ezelschäde beka sd, ka de Gesamschadeverelug durch Falug besmm werde. I userem Fall s de Verelug vo S 4 4 = = efach zu besmme, da de Falug vo uabhägge, desch verele Beroull-verele Zufallsvarable bomalverel s. Es gl daher B(4;q S4 ). Als Verelugsfuko für S 4, erhäl ma dam
6 Klausur zu Sochassche Rskomodellerug ud sassche Mehode (Ma 8) 4 P( S ) P( 5 S 5 ) q ( q ) ud als Erwarugswer [5] 4 = 4 k 4 k = k= k ES =, 4 q =, 4,5 =,4 ( ) Ha ma das 95%-Qual v,95 der Gesamschadeverelug besmm, da ergb sch das Solvezkapal zu v,95 ES = v,95,4. ) Appromao der Gesamschadeverelug durch ee zusammegeseze Posso- Verelug Im kollekve Modell wrd der Gesamschade S als Summe vo N Ezelschäde der Schadehöhe dargesell: N S= Yj, j= Y j wobe de Y j ch-egav, uabhägg ud desch verel sd, N Posso-verel m Rae λ ud uabhägg vo de Y s. j I userem Fall ka Y j ur de Wer, aehme. N se de Azahl der aufreede Verscherugsfälle, also Azahl der aufreede Todesfälle be de jährge Verschere. Als Erwarugswer vo N ergb sch ud 4 = λ= E(N) = P( > ) = 4q = S=, N De Verelug des Gesamschades ergb sch da für > zu m 5 λ λ P(S = ) = P(, N = ) = P(N = ) = e = e, ( 5 )!!, ES =, EN =, 4, Ha ma das 95%-Qual v,95 der Gesamschadeverelug besmm, da ergb sch das Solvezkapal zu v,95 ES= v,95,4. 3) Appromao der Gesamschadeverelug durch Normalverelug
7 Klausur zu Sochassche Rskomodellerug ud sassche Mehode (Ma 8) Da de Ezelschäde userem Fall uabhägg ud desch verel sd m B(;q ), folg m dem Zerale Grezwersaz, dass der Gesamschade, S 4 = 4 = ud Varaz asymposch ormalverel s m Erwarugswer E(S 4) =, 4 q =,4 Var(S ) =, 4 q ( q ) =, 796, 4 d.h. S N(, 4;, 796). 4 Da das 95%-Qual u 95% 95%-Qual der Gesamschadeverelug zu Var(S 4), 65 + ES4. Als Solvezkapal erhäl ma daher Var(S 4), 65 =, Verglech der Mehode: der Sadardormalverelug,65 beräg, ergb sch das Be der Besmmug der Gesamschadeverelug s ur de Mehode der Falug eak. De Berechug s aber be größere Besäde m sehr vel Aufwad verbude. Alerav bee de Posso-Appromao be große Besäde ee gue Näherug. De Normal- Appromao ka zu eer Uerschäzug des Rskos führe. Verdopplug des Besades: Be der Normalappromao ergb sch das 95%-Qual der Gesamschadeverelug be eem Besad vo Verschere zu Var(S ),65 + ES ud das Solvezkapal zu Var(S ),65. Verdoppel ma u de Besadsgröße, so ergb sch ES = ES ud wege der Uabhäggke der verschere Rske Var(S ) ) = Var(S. Als 95%-Qual ergb sch also Var(S ),65+ ES ud als Solvezkapal Var(S ),65. Verdoppel ma de Besad, so erhöh sch das Solvezkapal um de Fakor.
8 Klausur zu Sochassche Rskomodellerug ud sassche Mehode (Ma 8) Aufgabe (36 Puke): De folgede Tabelle ehäl de Eregs-Surmschäde eer Gebäudeverscherug der leze 5 Jahre Mo. : Jahr. Schade.Schade 3. Schade 3 5,4 4 38,9, 5,6,, 6,5 7 8,4,4 a) Es wrd ageomme, dass de Surmfrequez pro Jahr Posso-verel s. Schäze Se aus de Dae de zugehörge Parameer λ > m Hlfe der Mamum-Lkelhood- Mehode. (6 Puke) b) Überprüfe Se m Hlfe ees Q-Q-Plos, ob de Aahme eer Fréche-Verelug für de Ezelschadehöhe gerechferg s. Trasformere Se dazu de Dae so, dass Se aschleßed ee Apassug a ee geegee Lage-Skale-Famle vorehme köe (welche?). ( Puke) c) Zeche Se de Q-Q-Plo ee Ausglechsgerade, de durch de bede Erempuke der Daewolke verläuf, ud schäze Se dam de Parameer der ageommee Fréche-Verelug. ( Puke) d) Gebe Se de zugehörge OEP-Kurve a ud ermel Se dam rechersch de Value a Rsk zum Scherhesveau vo 99,5% für de Eregsschade [Solvecy II-Sadard]. ( Puke) Lösug: a) Tabelle der Surmfrequeze: Jahr Azahl Sürme N 3 ML-Mehode: ˆ 9 λ = N = =, 8 m = 5 6 P. 5 = b) Trasformao m l führ vo eem Fréche-verele Rsko zu eem Gumbelverele Rsko. Wereabelle für de Q-Q-Plo (ach Sorerug): l l l ( () ) ,83, 48,9, 9,37, 67, 3,5, 5,8,74,74,96,69,3,44,5 3,66 Skzze m der verlage Ausglechsgerade:
9 Klausur zu Sochassche Rskomodellerug ud sassche Mehode (Ma 8) c) Berechug vo Segug ud Achseabsch: Gerade durch de Puke ud (, 5 3, 66) : 3, 66,8 3, 48 Segug: σ = = =,9, 5+,83 3, 8 (,83,8) Achseabsch: μ= 3, 66, 5σ=, Verelugsfuko für de zugehörge Fréche-Verelug: d) für >. (l ) μ F( ) = P( ) = P( l l) = ep ep σ = ep = ep, 697 μ/ σ / σ,886 ( e ) ( ) ( ) λ( ) ( ) ( ) ( (,886 )) OEP( ) = ϕ F( ) = ep F( ) = ep,8 ep, 697 N Besmmug des VaR(,5): Löse OEP( ) =, 5; Ergebs: /,886 l,995 l +,8 VaR(,5) = = 34,.,697
10 Klausur zu Sochassche Rskomodellerug ud sassche Mehode (Ma 8) Aufgabe 3 ( Puke): Es se { } ee geomersche Brow sche Bewegug m Drf μ, Volalä σ > ud Afagswer >. Zege Se, dass der durch Y : =, defere Prozess ebefalls ee geomersche Brow sche Bewegug s, ud gebe Se herfür de Drf ud de Volalä a. Uer welche Bedguge a de Pa- Y rameer sd de Prozesse { } ud { } sassch ch zu uerschede? Lösug: Je ach Asaz für de geomersche Brow sche Bewegug gb es zwe Lösugsmöglchkee:. Lösugsweg: Der Prozess besz de Darsellug m eem Sadard-Weer-Prozess { }. ( μ σ ) ep, = + B B Deser s auf Grud der Symmere der Normalverelug geau so verel we { B }, d.h. { } ud B } sd sassch ch uerschedbar. Ferer gl: { } Y = = ep ( μ+ σ( B) ),, d.h. Y s ebefalls ee geomersche Brow sche Bewegug m Drf μ, Volalä σ > ud Afagswer. { } { } Dam ud Y also sassch ch zu uerschede sd, muss gele = ud μ= μ, also = ud μ =.. Lösugsweg: Der Prozess erfüll de sochassche Dfferezalglechug d = μd + σdb m eem Sadard-Weer-Prozess { B } ud der Lösug σ = ep μ σb +, >. 5P.
11 Klausur zu Sochassche Rskomodellerug ud sassche Mehode (Ma 8) } Auf Grud der Symmere der Normalverelug s { B geau so verel we { B }, { } d.h. B ud { B } sd sassch ch uerschedbar. Ferer gl: σ Y = = ep μ + σ ( ),, B { } d.h. Y s ebefalls ee geomersche Brow sche Bewegug m Drf σ μ (!), Volalä σ > ud Afagswer { } { }. Dam ud Y also sassch ch zu uerschede sd, muss gele =, also = ud σ μ = (!).
12 Klausur zu Sochassche Rskomodellerug ud sassche Mehode (Ma 8) Aufgabe 4 (3 Puke): Gegebe see: Schadehöhe vo jewels 3 Schäde, grupper ach jewels Gebäude-Klasse ud Gebäudealers-Gruppe: Schade Schade Schade 3 Geb.-Kl. Alers-Gr. 5 5 Geb.-Kl. Alers-Gr Geb.-Kl. Alers-Gr Geb.-Kl. Alers-Gr Zel s, de Schadehöhe m eem geegee GLM zu fe. a) Ma eschede sch ahad ees geegee Scaer-Plos für ee Varaz-Fuko (6 Puke) b) Welche Verelug aus der Epoealfamle führ zu deser Varazfuko? ( Puke) c) We laue de kaosche Lk-Fuko deser Verelug? ( Puke) d) Ma zeche de möglche Melwer-Plos. (4 Puke) e) Welche Beobachug führ auf ee svolle Desg-Mar? Ma schrebe de Desg-Mar auf ud ee ee svolle Parameer-Vekor ud beschrebe de Rolle der Regressore! Welche Schluss läss de o.a. Beobachug hschlch der kaosche Lk- Fuko zu (kurze Begrüdug!)? (6 Puke) f) Ma formulere de Log-Lkelhood für de Parameer! (4 Puke) g) Ma formulere de owedge Bedguge für de Lösug der Parameerschäzug! (4 P uke) h) Ma lee für de Posso-Verelug (uabhägg vo der ggf. de vorge Aufgabe verwedee Verelug!) aus der Darsellug f w Ψ ( y) = ep [ y b( ϑ) ] ψ ϑ + c y, w durch Eseze der Fukoe ud Größe uer Ausführug aller Telschre de üblche Darsellug her! (4 Puke) P( y) = e μ y μ y!
13 Klausur zu Sochassche Rskomodellerug ud sassche Mehode (Ma 8) Lösug a) Schäzer für MW Varaz d. Schades Geb.-Kl. Alers.Gr. 5 Geb.-Kl. Alers.Gr. 54 Geb.-Kl. Alers.Gr Geb.-Kl. Alers.Gr (Jewels Volume je Schade!) P. Scaer-Plo Varaz der Melwere gege Melwer de Zelle P. Varaz des MW abh. vom MW Var Schade Kosae Varaz-Fuko P. b) Kosae Varaz-Fuko ==> Normalverelug P. c) Kaosche Lk-Fuko der Normalverelug: Ideä P.
14 Klausur zu Sochassche Rskomodellerug ud sassche Mehode (Ma 8) d) e) Parallelä der MW-Plos ==> Kee Wechselwrkuge. Deshalb Desg-Mar 4 P. = P. β a a b, b, wobe de a de Regressore für de Effeke der Gebäude-Klasse ud de b j de Regressore für de Effeke der Gebäude-Alersklasse sd. P. De geaue Parallelä (m Uersched z.b. zu eer Ählchke) der MW-Plos besäg de kosae Lk-Fuko. P. Parameer-Vekor = (,, ) T Y Melwer der Zelle j beo- f) M j = 3 Azahl der beobachee Schäde Zelle j, bachee Schäde: l ( β ) = σ l = π ( σ / ) ( Y ( a b )) j + ep σ / = j= j j ( Y ( a + b ) j j j ) = j= g) Nowedge Bedguge für Mamalä: + cos j j = 4 P.
15 Klausur zu Sochassche Rskomodellerug ud sassche Mehode (Ma 8) ( ) dl β = da dl( β ) = db j für alle für alle j, also (bs auf Kosae) j= = Y ( a + b ) = für alle j j Y ( a + b ) = für alle j j j 4 P. h) Ψ ϑ M =, ( ϑ) e, w Ψ w b = c y, = l( y! ) gl: f w Ψ ψ w ( y) = ep [ yϑ b( ϑ) ] + c y, = ϑ [ y e ] l( y ) = ep{! }= ϑ ϑ m μ( ϑ) = e, also ϑ l( μ) { y l( μ ) μ l( y )}= = ep! y { ep[ l( μ )]} ep( μ) ep[ l( y )] = =! y μ μ = e 4 P. y! = :
( ) ( ) ( ) E ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Def Erwartungswert. 1. Diskreter Fall X sei diskrete Zufallsgröße mit = { 1, x2,
Def.. Erwarugswer. Dsreer Fall se dsree Zufallsgröße m = {, x, } p = P( = x ),( =,, ), so e ma µ = E = xp = de Erwarugswer vo, falls W x ud de Ezelwahrschelchee = x p
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