panepist mio peirai tm ma statistik c kai asfalistik c ...tìte h fx t: t2tgeÐnai mÐa stoqastik...

113

Upload: others

Post on 07-Oct-2020

3 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

Panepist mio Peirai�Tm ma Statistik c kai Asfalistik c Epist mhc

Shmei¸seic tou maj matoc

JewrÐa qreokopÐac

Did�skwn: K. PolÐthc

Page 2: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

1 K�poiec basikèc sqèseic apì th jewrÐa

pijanot twn

Oi metablhtèc pou ja exet�soume sto parìn m�jhma paÐrnoun mh arnhtikèc

timèc. Sunep¸c kai oi katanomèc pijanìthtac me tic opoÐec ja asqolhjoÔme

eÐnai (suneqeÐc   diakritèc) katanomèc pou orÐzontai sto di�sthma [0,∞).

Sth jewrÐa qreokopÐac, mia diakrit  katanom  qrhsimopoieÐtai sun jwc gia

na perigr�yei to pl joc twn apait sewn pou ft�noun se mia asfalistik 

etaireÐa, en¸ mia suneq c katanom  gia to mègejoc aut¸n twn apait sewn.

Anafèroume sth sunèqeia k�poiec gnwstèc idiìthtec apì th jewrÐa pi-

janot twn pou qrhsimopoioÔntai gia ton upologismì thc mèshc tim c kai

diakÔmanshc miac tuqaÐac metablht c (t.m.). An kai oi idiìthtec autèc isqÔoun

(endeqomènwc, me mikrèc tropopoi seic) gia t.m. pou paÐrnoun timèc se ìlo to

di�sthma twn pragmatik¸n arijm¸n, sth sunèqeia dÐnontai mìno gia metablhtèc

sto di�sthma [0,∞) afoÔ, ìpwc anafèrjhke, me autèc ja asqolhjoÔme sta

epìmena kef�laia.

1. An X eÐnai mÐa akèraia tuqaÐa metablht  (t.m.) h opoÐa paÐrnei mh arnhtikèc

timèc, tìte isqÔei h sqèsh

E(X) =∞∑k=1

P (X ≥ k) =∞∑k=0

P (X > k) (1)

Apìdeixh

'Eqoume

E(X) =∞∑k=0

kP (X = k) =∞∑k=1

kP (X = k)

1

Page 3: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

apì ìpou paÐrnoume

E(X) = 1 · P (X = 1) +2 · P (X = 2) + 3 · P (X = 3) +4 · P (X = 4) + . . .

= P (X = 1) +P (X = 2) + P (X = 3) +P (X = 4) + . . .

+P (X = 2) + P (X = 3) +P (X = 4) + . . .

+ P (X = 3) +P (X = 4) + . . .

+P (X = 4) + . . .

= P (X ≥ 1) +P (X ≥ 2) + P (X ≥ 3) +P (X ≥ 4) + . . . ,

to opoÐo apodeiknÔei thn pr¸th sqèsh sthn (1). H deÔterh sqèsh eÐnai

profan c.

2. An X eÐnai mÐa suneq c t.m. me sun�rthsh katanom c F gia thn opoÐa

isqÔei P (X ≥ 0) = 1, tìte

E(X) =

∫ ∞0

[1− F (y)] dy

(H sun�rthsh 1 − F (y) lègetai sun�rthsh epibÐwshc   our� thc katanom c

F .)

Apìdeixh Af netai san �skhsh.

3. An X, Y eÐnai dÔo opoiesd pote t.m. (exarthmènec   anex�rthtec) kai

paÐrnoun mh arnhtikèc timèc, tìte isqÔei   sqèsh

E(X) = EY [EX (X|Y )]

Ed¸ qrhsimopoioÔme to sÔmbolo EY (EX) gia na tonÐsoume ìti h mèsh tim 

lamb�netai wc proc th metablht  Y (ant. X).

Apìdeixh

2

Page 4: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

DÐnoume thn apìdeixh gia thn perÐptwsh ìpou oi X, Y eÐnai diakritèc t.m. H

apìdeixh gia thn perÐptwsh ìpou oi X, Y eÐnai suneqeÐc eÐnai an�logh.

'Otan oi X, Y paÐrnoun timèc sto sÔnolo {0, 1, 2, . . .}, tìte paÐrnoume ìti

EX(X|Y = y) =∞∑x=0

x · P (X = x|Y = y)

=∞∑x=0

x · P (X = x, Y = y)

P (Y = y)

'Ara

EY [EX (X|Y )] =∞∑y=0

P (Y = y)∞∑x=0

x · P (X = x, Y = y)

P (Y = y)

=∞∑y=0

∞∑x=0

x · P (X = x, Y = y).

Efìson oi X, Y eÐnai mh arnhtikèc, mporoÔme na all�xoume th seir� twn

ajroism�twn (  twn oloklhrwm�twn gia th suneq  perÐptwsh). Sunep¸c,

EY [EX (X|Y )] =∞∑x=0

∞∑y=0

x · P (X = x, Y = y)

=∞∑x=0

x ·∞∑y=0

P (X = x, Y = y)

=∞∑x=0

x · P (X = x)

= E(X).

4. An oi X, Y eÐnai mh arnhtikèc t.m., èqoume th sqèsh

V ar(X) = EY [V arX (X|Y )] + V arY [EX (X|Y )]

Apìdeixh Af netai san �skhsh.

3

Page 5: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

2 Episkìphsh ennoi¸n apì tic stoqastikèc

anelÐxeic

Sth jewrÐa pijanot twn polÔ suqn� qrhsimopoioÔme akoloujÐec tuqaÐwn

metablht¸n X1, X2, . . . (p.q. sto kentrikì oriakì je¸rhma kai tic efarmogèc

tou).

Gia par�deigma, èstw h akoloujÐa metablht¸n

Xi : to kleÐsimo miac metoq c thn hmèra i.

• TÐ gÐnetai ìtan mac endiafèrei na melet soume thn exèlixh thc tim c miac

metoq c se suneq  qrìno;

Orismìc MÐa stoqastik  anèlixh eÐnai mÐa oikogèneia t.m. {Xt : t ∈ T}ìpou T eÐnai èna sÔnolo. AntÐ gia {Xt : t ∈ T} pollèc forèc qrhsimopoieÐtaio sumbolismìc {X(t) : t ∈ T}. Sun jwc to t sumbolÐzei qrìno. An o

qrìnoc autìc paÐrnei diakritèc timèc (to sÔnolo T eÐnai arijm simo) tìte

mil�me gia mÐa stoqastik  anèlixh diakrit c paramètrou   se diakritì qrìno.

Diaforetik�, an to T eÐnai mh arijm simo sÔnolo, tìte èqoume mÐa stoqastik 

anèlixh suneqoÔc paramètrou   se suneq  qrìno.

MÐa �llh di�krish twn stoqastik¸n stoqastik¸n anelÐxewn eÐnai an�loga me

to pl joc twn tim¸n gia to Xt.

An�loga me to an to pl joc aut¸n twn tim¸n eÐnai arijm simo   ìqi, mil�me

gia mÐa anèlixh me diakritèc   suneqeÐc timèc.

ParadeÐgmata

1. 'Estw Xt h tim  miac metoq c sto qrìno t, sth di�rkeia miac hmèrac.

4

Page 6: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

Tìte h {Xt : t ∈ T} eÐnai mÐa stoqastik  anèlixh me suneqeÐc timèc se

suneq  qrìno (ed¸ T eÐnai to qronikì di�sthma to opoÐo exet�zoume).

2. 'Estw Xt h tim  miac metoq c sto tèloc miac hmèrac t, t ∈ {1, 2, ..., 20},dhlad  exet�zoume to kleÐsimo twn tim¸n miac metoq c gia èna di�sthma

20 hmer¸n. Tìte h {Xt : t ∈ {1, 2, ..., 20}} eÐnai mÐa stoqastik 

anèlixh me suneqeÐc timèc se diakritì qrìno.

3. RÐqnoume èna z�ri n forèc kai èstw Xk o arijmìc twn for¸n pou

emfanÐsthke o arijmìc `trÐa� stic pr¸tec k rÐyeic. Tìte h {Xk : k =

1, 2, . . . , n} eÐnai mÐa stoqastik  anèlixh me diakritèc timèc se diakritì

qrìno.

4. HXt parist�nei to pl joc twn apait sewn (zhmi¸n) pou èqoun ft�sei se

mia asfalistik  etaireÐa sto qronikì di�sthma [0, t]. Tìte h {Xt : t ≥ 0}eÐnai mÐa stoqastik  anèlixh me diakritèc timèc se suneq  qrìno.

Parat rhsh - Sumbolismìc To sÔmbolo {Xt : t ∈ T} (  apl� {Xt})dhl¸nei mia stoqastik  anèlixh , dhlad  èna sÔnolo apì t.m. ìpwc orÐsthke

parap�nw. O sumbolismìc Xt qrhsimopoieÐtai gia na dhl¸sei thn tuqaÐa

metablht  pou parist�nei thn tim  tou qarakthristikoÔ pou mac endiafèrei

thn (prokajorismènh) qronik  stigm  t.

Ta perissìtera paradeÐgmata anelÐxewn me endiafèron sth jewrÐa kindÔnou

genik�, all� kai th jewrÐa qreokopÐac pou ja exet�soume sth sunèqeia,

aforoÔn stoqastikèc anelÐxeic se suneq  qrìno. To aploÔstero par�deigma

miac tètoiac anèlixhc eÐnai h anèlixh (  diadikasÐa) Poisson.

ParadeÐgmata sthn pr�xh pou mporoÔn na parastajoÔn me tètoiec anelÐxeic

eÐnai

• pìsouc pel�tec èqei mÐa etaireÐa sto qrìno

5

Page 7: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

• pìsec apait seic gia apozhmi¸seic ft�noun se mÐa asfalistik  etaireÐa

me thn parèleush tou qrìnou

• to pl joc thlefwnhm�twn pou dèqetai èna thlefwnikì kèntro.

DÔo shmantikèc idiìthtec pou mporeÐ na èqei mÐa stoqastik  anèlixh dÐnontai

ston parak�tw orismì.

Orismìc MÐa stoqastik  anèlixh {Xt : t ≥ 0} ja lème ìti èqei

(a) anex�rthtec prosaux seic (independent increments) an gia k�je n =

1, 2, . . . , kai 0 ≤ t0 < t1 < . . . < tn, oi tuqaÐec metablhtèc Xt0 , Xt1 − Xt0 ,

Xt2 −Xt1 , . . . , Xtn −Xtn−1 eÐnai anex�rthtec,

(b) st�simec prosaux seic (stationary increments) an gia k�je n = 1, 2, . . . ,

gia 0 ≤ t0 < t1 < . . . < tn kai h > 0, h apì koinoÔ katanom  twn tuqaÐwn

metablht¸n Xt1+h−Xt0+h, Xt2+h−Xt1+h, . . . , Xtn+h−Xtn−1+h den exart�tai

apì thn par�metro h. 2

EÐnai eÔkolo an apodeiqteÐ ìti an h anèlixh {Xt : t ≥ 0} èqei anex�rthtec

prosaux seic, tìte gia na apodeÐxoume ìti h {Xt : t ≥ 0} èqei st�simec

prosaux seic, arkeÐ na deÐxoume ìti h (monodi�stath) katanom  thc tuqaÐac

metablht c Xt+h −Xh den exart�tai apì thn par�metro h.

EpÐshc, mÐa polÔ basik  kathgorÐa stoqastik¸n anelÐxewn eÐnai oi Marko-

bianèc anelÐxeic, ìpwc autèc orÐzontai sth sunèqeia.

Orismìc MÐa stoqastik  anèlixh se diakritì qrìno lème ìti eÐnai anèlixh

Markov (  alusÐda Markov) ìtan ikanopoieÐ th sqèsh

P (Xn = x|Xn−1 = xn−1, Xn−2 = xn−2, . . . , X0 = x0)

=P (Xn = x|Xn−1 = xn−1) , ∀x0 < x1 < . . . < xn−1 < x,∀n = 1, 2, . . .

6

Page 8: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

MÐa stoqastik  anèlixh se suneq  qrìno lème ìti eÐnai anèlixh Markov ìtan

isqÔei h sqèsh

P(Xt = x|Xtn = xtn , Xtn−1 = xtn−1 , . . . , Xt0 = xt0

)=P (Xt = x|Xtn = xtn) ,

∀t0 < t1 < . . . , tn−1 < t,∀n = 1, 2, . . .. 2

'Alla paradeÐgmata stoqastik¸n anelÐxewn eÐnai ta di�fora montèla pou

qrhsimopoioÔme stic qronoseirèc, gia par�deigma ta autopalÐndroma montèla.

P.q., èna autopalÐndromo montèlo pr¸thc t�xhc (AR(1)) exet�zei mÐa sto-

qastik  diadikasÐa gia {an, n ∈ N} ìpou to an orÐzetai apì th sqèsh

an+1 = a+ ban + εn,

gia k�poiouc pragmatikoÔc arijmoÔc a, b, en¸ èna autopalÐndromo montèlo

deÔterhc t�xhc (AR(2)) {an, n ∈ N} orÐzetai apì th sqèsh

an+1 = a+ ban + can−1 + εn,

a, b, c ∈ R. EÐnai safèc ìti apì ta dÔo aut� montèla, mìno to pr¸to

(AR(1)) eÐnai Markobianì, giatÐ gnwrÐzontac to an, de qreiazìmaste kamÐa

�llh plhroforÐa gia na problèyoume to an+1. AntÐjeta, to montèlo AR(2)

den eÐnai Markobianì giatÐ to an+1 exart�tai kai apì to an all� kai apì to

an−1. Ed¸ gia n = 1, 2, . . . , ta εn parist�noun ta sf�lmata tou montèlou,

ta opoÐa upojètoume ìti eÐnai anex�rthta apì tic t.m. an kai jewroÔme

sun jwc ìti akoloujoÔn thn kanonik  katanom  me mèsh tim  mhdèn kai

stajer  diakÔmansh.

3 AnelÐxeic Poisson

Sthn enìthta aut  exet�zoume to aploÔstero montèlo miac Markobian c

anèlixhc, pou eÐnai h anèlixh Poisson. H anèlixh aut  eÐnai epÐshc èna

7

Page 9: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

par�deigma miac aparijm triac anèlixhc, dhlad  miac anèlixhc pou eÐnai

mh fjÐnousa (me pijanìthta èna) kai paÐrnei akèraiec kai mh arnhtikèc timèc.

Tètoiec anelÐxeic qrhsimopoioÔntai sthn pr�xh sun jwc gia na parast soun

pìsec forèc sumbaÐnei èna gegonìc pou mac endiafèrei (p.q. mÐa apaÐthsh gia

apozhmÐwsh se asfalistik  etaireÐa) sto qrìno.

Efìson oi anelÐxeic pou ja melet soume sth sunèqeia eÐnai se suneq  qrìno,

qrhsimopoioÔme to sumbolismì {N(t) : t ≥ 0} antÐ gia {Nt : t ≥ 0}.

Orismìc MÐa aparijm tria stoqastik  anèlixh {N(t) : t ≥ 0} lègetai

anèlixh Poisson ìtan ikanopoieÐ tic parak�tw sunj kec:

1. N(0) = 0.

2. Se èna polÔ mikrì qronikì di�sthma h mporeÐ na sumbeÐ to polÔ èna

gegonìc kai h pijanìthta na sumbeÐ autì to gegonìc eÐnai an�logh me

to m koc tou diast matoc. Autì ekfr�zetai majhmatik� wc ex c:

P (N(t+ h) = n+ k|N(t) = n) =

λh+ o(h) k = 1

1− λh+ o(h) k = 0

o(h) k ≥ 2.

(2)

Ed¸ to sÔmbolo o(h) dhl¸nei mÐa posìthta pou sugklÐnei sto mhdèn pio

gr gora apì ìti to h kaj¸c h→ 0, lìgou q�rin h2, h3 klp.

3. Gia k�je t < s, h t.m. N(s) − N(t) eÐnai anex�rthth thc metablht c

N(t).

H idiìthta 3. parap�nw mporeÐ na diatupwjeÐ genikìtera lègontac ìti gia dÔo

qronik� diast mata xèna metaxÔ touc, oi tuqaÐec metablhtèc pou parist�noun

ton arijmì twn gegonìtwn se kajèna apì aut� eÐnai anex�rthtec metaxÔ touc.

Parat rhsh 'Enac isodÔnamoc orismìc thc anèlixhc Poisson eÐnai o ex c:

mÐa aparijm tria anèlixh {N(t) : t ≥ 0} lègetai anèlixh Poisson an ikanopoieÐ

th sqèsh (2) kai èqei anex�rthtec kai st�simec prosaux seic.

8

Page 10: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

DÔo basikèc idiìthtec miac stoqastik c anèlixhc Poisson eÐnai oi parak�tw.

(a) Gia k�je (stajerì) t, h t.m. N(t) akoloujeÐ thn katanom  Poisson me

par�metro λt. Sumbolik�, gr�foume N(t) ∼ Poi(λt).

Genikìtera, isqÔei ìti gia k�je s > 0, h metablht N(t+s)−N(s) pou ekfr�zei

ton arijmì gegonìtwn sto di�sthma (s, s+ t] akoloujeÐ thn katanom  Poisson

me par�metro λt.

To λ sthn perÐptwsh aut  lègetai èntash   rujmìc (rate) thc anèlixhc

Poisson. H apìdeixh thc parap�nw idiìthtac paraleÐpetai (mporeÐ na brejeÐ

se opoiod pote biblÐo stoqastik¸n anelÐxewn).

MÐa anèlixh Poisson, ìpwc kai k�je aparijm tria anèlixh, orÐzei mÐa akoloujÐa

apì t.m. Y1, Y2, Y3, . . ., pou lègetai akoloujÐa twn qrìnwn �fixhc (k�poiou

gegonìtoc) me ton akìloujo trìpo

Y1 = min{t : N(t) = 1}Y2 = min{t : N(t) = 2}. . .

Yk = min{t : N(t) = k}

'Etsi h (suneq c) tuqaÐa metablht  Yk parist�nei to qrìno �fixhc tou k-

gegonìtoc.

Me b�sh aut n thn akoloujÐa, mporoÔme na orÐsoume thn akoloujÐa {Tk : k =

1, 2 . . .} wc ex c:

T1 = Y1

T2 = Y2 − Y1. . .

Tk = Yk − Yk−1.

Oi metablhtèc Tk onom�zontai endi�mesoi qrìnoi   qrìnoi anamon c.

9

Page 11: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

Prosèxte ìti en¸ h N(t) eÐnai diakrit  t.m., oi metablhtèc Yi, Ti eÐnai gia k�je

i suneqeÐc tuqaÐec metablhtèc.

SÔmfwna me ta parap�nw, mporoÔme na apodeÐxoume mÐa deÔterh idiìthta thc

anèlixhc Poisson.

(b) Gia k�je i 6= j, oi metablhtèc Ti, Tj eÐnai anex�rthtec metaxÔ touc kai

kajemÐa akoloujeÐ thn ekjetik  katanom  me par�metro l.

Apìdeixh H apìdeixh gÐnetai me epagwg . Xekin¸ntac apì thn t.m. T1,

parathroÔme ìti

P (T1 > t) = P (N(t) = 0) = e−λt

to opoÐo deÐqnei ìti h T1 akoloujeÐ thn ekjetik  katanom  me par�metro l,  

sumbolik� T1 ∼ Exp(λ).

Gia na deÐxoume ìti oi metablhtèc T1, T2 eÐnai anex�rthtec, upologÐzoume thn

pijanìthta P (T2 > t|T1 = s). Parathr ste ìti aut  ekfr�zei thn pijanìthta

na mhn èqoume kanèna gegonìc sto di�sthma (s, t+ s] dedomènou ìti to pr¸to

gegonìc sunèbh th qronik  stigm  s. Epeid  ta diast mata [0, s] kai (s, t+ s]

eÐnai xèna metaxÔ touc, apì thn idiìthta 3. tou orismoÔ miac anèlixhc Poisson

paÐrnoume ìti

P (T2 > t|T1 = s) = P (N(t+ s)−N(s) = 0) = P (N(t) = 0) = e−λt

qrhsimopoi¸ntac kai thn idiìthta (a) pou dìjhke pio p�nw.

Sunep¸c, deÐxame ìti T2 ∼ Exp(λ) kai ìti T1, T2 eÐnai anex�rthtec.

Upojètoume t¸ra ìti oi T1, T2, . . . , Tn eÐnai anex�rthtec kai kajemÐa akoloujeÐ

10

Page 12: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

thn ekjetik  me par�metro l. Me parìmoio trìpo ìpwc parap�nw, paÐrnoume

P (Tn+1 > t|T1 = t1, T2 = t2, . . . , Tn = tn)

= P (kanèna gegonìc sto di�sthma (t1 + t2 + . . .+ tn, t1 + t2 + . . .+ tn + t])

= P (N(t1 + t2 + . . .+ tn + t)−N(t1 + t2 + . . .+ tn) = 0)

= P (N(t) = 0)

= e−λt,

to opoÐo oloklhr¸nei thn apìdeixh. 2

Par�deigma Oi afÐxeic twn apait sewn se mÐa asfalistik  etaireÐa

akoloujoÔn thn anèlixh Poisson me èntash λ = 3 an� ebdom�da. Na brejeÐ h

pijanìthta

(i) na up�rqoun dÔo apait seic se di�sthma dÔo ebdom�dwn

(ii) na up�rqoun toul�qiston dÔo apait seic se di�sthma dÔo ebdom�dwn

(iii) na qreiastoÔn toul�qiston 3 ebdom�dec èwc thn pr¸th apaÐthsh.

ShmeÐwsh H èntash se mÐa anèlixh Poisson ekfr�zetai p�nta an� mon�da

qrìnou (ed¸, an� ebdom�da).

LÔsh (i) Zht�me thn pijanìthta P (N(2) = 2). Apì tic idiìthtec thc anèlixhc

Poisson èqoume ìti

N(2) ∼ Poi(λt) = Poi(6)

Sunep¸c,

P (N(2) = 2) = e−662

2!= 18e−6.

11

Page 13: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

(ii) Parìmoia brÐskoume

P (N(2) ≥ 2) = 1− P (N(2) ≤ 1)

= 1− P (N(2) = 0)− P (N(2) = 1)

= 1− e−6[

60

0!+

61

1!

]= 1− (1 + 6)e−6

= 1− 7e−6.

(iii) 'Estw T1 o qrìnoc (se ebdom�dec) mèqri thn pr¸th apaÐthsh. Efìson

T1 ∼ Exp(3), paÐrnoume

P (T1 > 3) = e−λt = e−3×3 = e−9,

pou eÐnai h zhtoÔmenh pijanìthta. 2

Parat rhsh Se mÐa anèlixh Poisson, o qrìnoc Yk mèqri na sumbeÐ to k-

gegonìc, mporeÐ na grafeÐ

Yk =k∑i=1

Ti.

'Ara, efìson to �jroisma anex�rthtwn ekjetik¸n akoloujeÐ thn katanom 

G�mma, èqoume ìti sthn anèlixh Poisson, ∀k = 1, 2, . . . isqÔei Yk ∼ Ga(k, λ).

Shmei¸noume ìti, sthn perÐptwsh pou h pr¸th par�metroc thc katanom c

G�mma eÐnai akèraioc, h katanom  anafèretai suqn� kai wc katanom  Erlang,

opìte antÐ gia Ga(k, λ) gr�foume Erl(k, λ).

UpenjumÐzetai epÐshc ìti gia thn katanom  G�mma, den up�rqei genik�

analutikìc tÔpoc gia thn ajroistik  sun�rthsh katanom c. Wstìso, gia

akèraia tim  tou k, mporeÐ na brejeÐ epagwgik� tÔpoc me paragontik 

olokl rwsh.

MÐa genÐkeush thc anèlixhc Poisson eÐnai h mh-omogen c anèlixh Poisson. Gia

ton orismì thc anèlixhc aut c, jewroÔme kai p�li tic sunj kec 1. kai 3. tou

12

Page 14: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

orismoÔ miac anèlixhc Poisson, all� h sunj kh 2. antikajÐstatai t¸ra apì

thn

2′

P (N(t+ h) = n+ k|N(t) = n) =

λ(t)h+ o(h) k = 1

1− λ(t)h+ o(h) k = 0

o(h) k ≥ 2

dhlad  h èntash thc anèlixhc exart�tai apì to qrìno ston opoÐo briskìmaste.

'Ena apotèlesma gia thn anèlixh aut , antÐstoiqo thc idiìthtac 1. parap�nw

gia mÐa omogen  anèlixh, eÐnai to akìloujo.

'Estw {N(t), t ≥ 0} mÐa mh-omogen c anèlixh Poisson me èntash λ(t). Tìte h

t.m. N(t) akoloujeÐ thn katanom  Poisson me par�metro

ρ(t) =

∫ t

0

λ(s)ds

Gia stajerì λ(s) = λ, paÐrnoume ρ(t) = λt ìpwc kai prin se mÐa omogen 

anèlixh.

4 Ananewtikèc anelÐxeic

MÐa �llh genÐkeush thc anèlixhc Poisson me perissìtero endiafèron eÐnai h

ananewtik  anèlixh.

Orismìc MÐa ananewtik  anèlixh {N(t) : t ≥ 0} eÐnai mÐa aparijm tria

anèlixh sthn opoÐa oi endi�mesoi qrìnoi (qrìnoi anamon c) eÐnai anex�rthtec

tuqaÐec metablhtèc pou akoloujoÔn thn Ðdia katanom  (ìqi ìmwc aparaÐthta

thn ekjetik ).

Gia par�deigma, h katanom  aut  mporeÐ na eÐnai mÐa apì tic katanomèc G�mma,

Weibull, Pareto, lognormal, klp.

13

Page 15: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

Ektìc apì ton analogismì, oi ananewtikèc anelÐxeic qrhsimopoioÔntai eurÔ-

tata sth jewrÐa axiopistÐac. Gia par�deigma, ac jewr soume èna sÔsthma

sto opoÐo egkajistoÔme mÐa mhqan , h opoÐa mìlic qal�sei antikajÐstatai apì

mÐa kainoÔria kok. K�je for� pou gÐnetai mÐa tètoia antikat�stash lème ìti

to sÔsthma anane¸netai. An h t.m. N(t) parist�nei ton arijmì anane¸sewn

(gegonìtwn) sto di�sthma [0, t], tìte h {N(t) : t ≥ 0} eÐnai mÐa ananewtik 

anèlixh. Majhmatik�, h N(t) orÐzetai apì th sqèsh

N(t) = max{n : Yn ≤ t}

ìpou to Yi parist�nei to sunolikì qrìno zw c twn i pr¸twn mhqan¸n pou

egkajÐstantai sto sÔsthma.

Me b�sh ta parap�nw, mporoÔme na doÔme ìti mÐa basik  sqèsh gia k�je

ananewtik  anèlixh eÐnai h ex c. Gia k�je akèraio n kai t ≥ 0,

N(t) ≥ n ìtan kai mìno ìtan Yn ≤ t. (3)

To endeqìmeno {N(t) ≥ n} shmaÐnei ìti èqoume toul�qisto n gegonìta èwc

to qrìno t. Apì thn �llh, to endeqìmeno Yn ≤ t shmaÐnei ìti o qrìnoc

anamon c èwc ìtou sumboÔn n gegonìta (anane¸seic) eÐnai to polÔ t. Epeid 

oi parap�nw eÐnai dÔo diaforetikèc ekfr�seic tou Ðdiou endeqomènou, blèpoume

ìti isqÔei h (3).

Sth melèth twn ananewtik¸n anelÐxewn, mÐa posìthta h opoÐa mac endiafèrei

kurÐwc eÐnai h ananewtik  sun�rthsh m(t), h opoÐa orÐzetai apì th sqèsh

m(t) = E[N(t)].

H m(t) sunep¸c dhl¸nei ton anamenìmeno arijmì gegonìtwn (anane¸sewn)

sto di�sthma (0, t].

MÐa basik  ènnoia pou sundèetai me ananewtikèc anelÐxeic eÐnai h ènnoia thc

sunèlixhc.

14

Page 16: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

Orismìc An F,G eÐnai dÔo ajroistikèc sunart seic katanom c, tìte h

sun�rthsh katanom c F ? G pou orÐzetai gia x ≥ 0 apì th sqèsh

(F ? G)(x) =

∫ x

0

F (x− t)dG(t)

onom�zetai sunèlixh twn F,G.

Parat rhsh To sÔmbolo dG(t) sto olokl rwma thc teleutaÐac sqèshc

parist�nei to diaforikì thc sun�rthshc G. Gia thn perÐptwsh ìpou h G èqei

puknìthta g, opìte h parap�nw sqèsh gr�fetai

(F ? G)(x) =

∫ x

0

F (x− t)g(t)dt.

MÐa basik  idiìthta twn sunelÐxewn, pou deÐqnei th shmasÐa touc genikìtera

sth jewrÐa pijanot twn eÐnai h ex c: an X, Y eÐnai dÔo anex�rthtec t.m. me

ajroistikèc sunart seic antÐstoiqa F,G, tìte h katanom  thc metablht c

X + Y eÐnai h F ? G.

K�poiec �llec idiìthtec twn sunelÐxewn dÐnontai sth sunèqeia.

1. Antimetajetik 

(F ? G)(x) = (G ? F )(x),

dhlad  ∫ x

0

F (x− t)dG(t) =

∫ x

0

G(x− t)dF (t)

k�ti pou prokÔptei �mesa apì to gegonìc ìti h katanom  miac metablht c

X + Y eÐnai Ðdia me thn katanom  thc Y +X.

2. Prosetairistik , dhlad  gia k�je ajroistikèc sunart seic F,G,H

[(F ? G) ? H](x) = [F ? (G ? H)](x).

15

Page 17: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

3. An F,G eÐnai dÔo ajroistikèc sunart seic katanom¸n me puknìthtec

antÐstoiqa f, g, tìte h puknìthta thc F ? G dÐnetai apì th sqèsh∫ x

0

f(x− t)g(t)dt.

'Enac genikìteroc orismìc thc sunèlixhc eÐnai an�mesa se mÐa fragmènh

sun�rthsh h : [0,∞) 7→ R kai se mia ajroistik  sun�rthsh katanom c F .

H sunèlixh h ? F orÐzetai tìte apì th sqèsh

(h ? F )(x) =

∫ x

0

h(x− t)dF (t).

Prìtash 'Estw mÐa ananewtik  anèlixh {N(t) : t ≥ 0} sthn opoÐa h

katanom  twn endiamèswn qrìnwn eÐnai F kai èstw m(t) = E[N(t)] h

ananewtik  sun�rthsh. Tìte h m(t) ikanopoieÐ th sqèsh

m(t) =∞∑k=1

F ?k(t) ∀t ≥ 0,

ìpou F ?k eÐnai h k-t�xhc sunèlixh thc F me ton eautì thc, dhlad  F ?2(x) =

(F ? F )(x), F ?3(x) = (F ? F ? F )(x), kok.

Apìdeixh Gia thn apìdeixh qrhsimopoioÔme thn (3). Efìson ta dÔo

endeqìmena sthn (3) eÐnai isodÔnama, ja èqoun thn Ðdia pijanìthta, dhlad 

P (N(t) ≥ n) = P (Yn ≤ t).

AjroÐzontac gia ìlec tic timèc tou n, èqoume

∞∑n=1

P (N(t) ≥ n) =∞∑n=1

P (Yn ≤ t)

⇒ E(N(t)) =∞∑n=1

F ?n(t),

16

Page 18: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

diìti Yn = T1 + T2 + . . . + Tn, kai ta Ti akoloujoÔn katanom  F , sunep¸c h

katanom  tou Yn ja eÐnai h sunèlixh F ?n. 2

Par�deigma H anèlixh Poisson eÐnai eidik  perÐptwsh miac ananewtik c

anèlixhc ìtan T1 ∼ Exp(λ), dhlad  F (t) = 1 − e−λt, t ≥ 0. H ananewtik 

sun�rthsh gia mÐa anèlixh Poisson eÐnai m(t) =∞∑k=1

F ?k(x) me puknìthta

∞∑k=1

(λt)k−1λe−λt

(k − 1)!= λe−λt

∞∑k=1

(λt)k−1

(k − 1)!

= λe−λteλt

= λ,

ìpou qrhsimopoi same th sqèsh

∞∑k=1

(λt)k−1

(k − 1)!=∞∑r=0

(λt)r

r!= eλt.

Sunep¸c me olokl rwsh brÐskoume thn ananewtik  sun�rthsh gia mÐa anèlixh

Poisson

m(t) =

∫ t

0

λdt = λt

k�ti pou eÐnai asfal¸c anamenìmeno afoÔm(t) = E[N(t)] kaiN(t) ∼ Poi(λt).

MÐa er¸thsh pou ja mporoÔse na jèsei kaneÐc eÐnai an mÐa ananewtik  anèlixh

ikanopoieÐ th Markobian  idiìthta. H ap�nthsh sthn er¸thsh aut  eÐnai

arnhtik . Sthn pragmatikìthta, h mình kathgorÐa ananewtik¸n anelÐxewn gia

tic opoÐec isqÔei h idiìthta Markov eÐnai h anèlixh Poisson, kai autì ofeÐletai

sthn amn mona idiìthta (memoryless property) twn endiamèswn qrìnwn.

Sugkekrimèna, gia eÐnai mÐa anèlixh Markov, ja prèpei

P (N(t+ s) = m|N(t) = n,N(t0) = n0, . . . , N(tk) = nk)

= P (N(t+ s) = m|N(t) = n)

17

Page 19: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

gia ìla ta ti < t. An ìmwc to tk eÐnai qrìnoc ananèwshc (�fixhc enìc

gegonìtoc), tìte h plhroforÐa gia thn tim  aut  de mac eÐnai �qrhsth (giatÐ

mac dÐnei thn plhroforÐa gia to qrìno zw c èwc t¸ra thc mhqan c pou eÐnai

se leitourgÐa).

Me ton Ðdio trìpo ìpwc parap�nw mporeÐ na upologisteÐ h ananewtik 

sun�rthsh m(t) gia thn perÐptwsh ìpou oi endi�mesoi qrìnoi akoloujoÔn

thn katanom  Ga(k, λ). Shmei¸netai idiaÐtera ìti gia thn perÐptwsh ìpou to

k eÐnai akèraioc, h sunèlixh katanom¸n Ga(k, λ) eÐnai kai p�li mÐa katanom 

G�mma.

Prìtash 4.1 H ananewtik  sun�rthsh m(t) ikanopoieÐ thn ananewtik 

exÐswsh

m(t) = F (t) +

∫ t

0

m(t− x)dF (x).

Apìdeixh QrhsimopoioÔme to legìmeno ananewtikì epiqeÐrhma, desmeÔontac

wc proc to qrìno thc pr¸thc ananèwshc T1. Me b�sh to nìmo thc olik c

pijanìthtac, gnwrÐzontac ìti h katanom  thc T1 eÐnai h F , paÐrnoume

m(t) = E(N(t))

= E [E (N(t)|T1)]

=

∫ ∞0

E (N(t)|T1) dF (x).

Gia th desmeumènh mèsh tim  sto olokl rwma, diakrÐnoume dÔo peript¸seic:

E [N(t)|T1 = x] = 0, t < x

E [N(t)|T1 = x] = 1 +m(t− x), t ≥ x

H deÔterh sqèsh isqÔei diìti xèroume ìti èqei sumbeÐ  dh èna gegonìc, kai

amèswc met� to sÔsthma anane¸netai, dhlad  eÐnai san na brÐsketai sthn

arqik  kat�stash.

18

Page 20: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

UpologÐzoume t¸ra thn E(N(t)). Me b�sh ta parap�nw,

E(N(t)) =

∫ t

0

[1 +m(t− x)]dF (x)

=

∫ t

0

1dF (x) +

∫ t

0

m(t− x)dF (x)

= F (t) +

∫ t

0

m(t− x)dF (x),

to opoÐo eÐnai to zhtoÔmeno. 2

Genikìtera, mÐa exÐswsh thc morf c

µ(t) = Z(t) + ϕ

∫ t

0

Z(t− x)dF (x) (4)

lègetai exÐswsh ananewtikoÔ tÔpou   apl� ananewtik  exÐswsh.

Sth sqèsh aut , to ϕ eÐnai mia stajer� ètsi ¸ste 0 < ϕ ≤ 1, h g eÐnai mÐa

fragmènh sun�rthsh, h F eÐnai mÐa ajroistik  sun�rthsh katanom c en¸ h Z

eÐnai h �gnwsth sun�rthsh.

Oi exis¸seic ananewtikoÔ tÔpou diakrÐnontai se:

(a) elleimmatikèc (defective) ìtan 0 < ϕ < 1, kai

(b) kanonikèc (proper)   mh elleimmatikèc (non-defective) ìtan sthn exÐswsh

h stajer� ϕ = 1.

Prìtash H genik  lÔsh thc exÐswshc (4) eÐnai h sun�rthsh pou dÐnetai apì

th sqèsh

µ(t) = g(t) +

∫ t

0

g(t− x)dM(x)

ìpou

M(t) =∞∑k=1

ϕkF ?k(t).

19

Page 21: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

ParathroÔme ìti ìtan h exÐswsh ananewtikoÔ tÔpou eÐnai kanonik , tìte h

lÔsh thc exÐswshc mporeÐ na brejeÐ analutik� ìtan gnwrÐzoume thn ananewtik 

sun�rthsh m(t) pou antistoiqeÐ sthn katanom  F , giatÐ tìte h teleutaÐa

sqèsh dÐnei M(t) = m(t).

DÔo basik� apotelèsmata pou isqÔoun gia mÐa ananewtik  anèlixh {N(t) : t ≥0} eÐnai ta ex c.

1. Kaj¸c t→∞, isqÔei me pijanìthta 1 ìti

N(t)

t→ 1

µ1

ìpou µ1 =

∫ ∞0

xdF (x) eÐnai h mèsh tim  gia thn F .

2. Gia t→∞, isqÔei ìtim(t)

t→ 1

µ1

.

Prosèxte th diafor� an�mesa stic dÔo autèc sqèseic. H pr¸th dhl¸nei th

sÔgklish miac oikogèneiac t.m. (gia to lìgo autì anafèroume ìti h sÔgklish

eÐnai me pijanìthta 1), en¸ h deÔterh dhl¸nei th sÔgklish miac sun�rthshc,

sugkekrimèna thcm(t)

t

me th sun jh majhmatik  ènnoia, gia t→∞, efìson gia k�je t, to m(t) den

eÐnai mÐa tuqaÐa metablht , all� h mèsh thc tim , dhlad  ènac arijmìc.

Anafèroume tèloc (qwrÐc apìdeixh) èna polÔ shmantikì apotèlesma, me

pollèc efarmogèc se di�fora montèla twn pijanot twn ta opoÐa parousi�zoun

k�poiou eÐdouc �ananèwsh�, kai to opoÐo epÐshc ja qrhsimopoi soume sth

sunèqeia ìtan ja asqolhjoÔme me th jewrÐa kindÔnwn.

20

Page 22: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

Prìtash 4.2 (Basikì Ananewtikì Je¸rhma � Key Renewal

Theorem)

JewroÔme thn mh elleimmatik  ananewtik  exÐswsh

Z(t) = g(t) +

∫ t

0

Z(t− y)dF (y),

ìpou Z eÐnai h �gnwsth sun�rthsh, g mÐa fragmènh sun�rthsh kai F mÐa

suneq c sun�rthsh katanom c.

An h sun�rthsh g eÐnai oloklhr¸simh sto di�sthma (0,∞), kai isqÔei

limt→∞

g(t) = 0,

tìte isqÔei o asumptwtikìc tÔpoc

limt→∞

Z(t) =

∫∞0g(y)dy

µ1

,

ìpou µ1 eÐnai h pr¸th rop  thc katanom c F .

Parat rhsh Up�rqoun di�forec morfèc tou basikoÔ ananewtikoÔ jewr -

matoc, parap�nw d¸same thn pio apl  kai aut  pou ja mac qreiasteÐ sth

sunèqeia. AntÐ na upojèsoume ìti limt→∞

g(t) = 0, to je¸rhma isqÔei epÐshc

an h g eÐnai fjÐnousa,   an mporeÐ na grafeÐ sa diafor� dÔo sunart sewn,

kajemÐa apì tic opoÐec eÐnai fjÐnousa kai oloklhr¸simh sto (0,∞). 2

5 SÔnjetec katanomèc

An X1, X2, . . . , eÐnai mÐa akoloujÐa anex�rthtwn t.m. kai N mÐa metablht  h

opoÐa eÐnai anex�rthth apì tic Xi kai paÐrnei akèraiec mh arnhtikèc timèc, tìte

21

Page 23: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

h metablht 

S =

N∑i=1

Xi, an N ≥ 1

0, an N = 0

lème ìti akoloujeÐ mÐa sÔnjeth katanom , èstw G. H metablht  S onom�zetai

sÔnjeth tuqaÐa metablht .

H katanom  thc N dÐnei to ìnoma sth sÔnjeth katanom , p.q.

• An h N akoloujeÐ katanom  Poisson, tìte lème ìti h G eÐnai mÐa sÔnjeth

katanom  Poisson

• An h N akoloujeÐ diwnumik  katanom , tìte lème ìti h G eÐnai mÐa

sÔnjeth diwnumik  katanom 

• An h N akoloujeÐ gewmetrik  katanom , tìte lème ìti h G eÐnai mÐa

sÔnjeth gewmetrik  katanom .

Par�deigma apì ton analogismì JewroÔme tic parak�tw t.m. pou

sundèontai me èna asfalistikì qartoful�kio

• N eÐnai o arijmìc twn apait sewn (  apozhmi¸sewn) pou ft�noun sthn

etaireÐa se di�sthma enìc ètouc

• X1, X2, . . . , parist�noun ta megèjh twn apait sewn (jewroÔme ìti autèc

plhr¸nontai sto akèraio, gia to lìgo autì oi ènnoiec apaÐthsh kai

apozhmÐwsh èqoun thn Ðdia ènnoia ed¸, all� kai sth sunèqeia).

Tìte h t.m. pou parist�nei to sunolikì Ôyoc twn apait sewn gia to qronikì

di�sthma pou mac endiafèrei gr�fetai

S =

N∑i=1

Xi an N ≥ 1

0 an N = 0

22

Page 24: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

dhlad  h S èqei mÐa sÔnjeth katanom .

Se epìmenec enìthtec ja asqolhjoÔme kurÐwc me th sÔnjeth gewmetrik 

katanom .

Mèsh tim  kai diakÔmansh sÔnjetwn katanom¸n 'EstwX1, X2, . . . ,

mÐa akoloujÐa anex�rthtwn t.m. me

E(Xi) = µ, V ar (Xi) = σ2, ∀i = 1, 2, . . . .

Tìte

E(S) = E(E(S|N)) = E(N)E(Xi) = µE(N).

Gia th diakÔmansh, qrhsimopoioÔme th sqèsh

V ar(S) = V ar(E(S|N)) + E(V ar(S|N)).

UpologÐzoume pr¸ta ton pr¸to ìro sto dexiì mèloc thc teleutaÐac sqèshc.

E(S|N = n) = E(X1 +X2 + . . .+Xn) = nµ.

Sunep¸c,

V ar(E(S|N)) = V ar(N)µ2.

Gia to deÔtero ìro, èqoume

V ar(S|N = n) = V ar(X1 +X2 + . . .+Xn) = nσ2

�ra,

E(V ar(S|N)) = E(N)σ2.

Me b�sh ta parap�nw, brÐskoume telik� gia th diakÔmansh thc S,

V ar(S) = V ar(N)µ2 + E(N)σ2.

Ropogenn tria thc S

23

Page 25: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

BrÐskoume sth sunèqeia th ropogenn tria thc sÔnjethc katanom c se sqèsh

me tic ropogenn triec twn Xi, N .

MS(t) = E(etS)

= EN(E(etS|N = n

)). (5)

Gia th desmeumènh mèsh tim  sthn parènjesh, èqoume

E(etS|N = n

)= E

(et(X1+X2+...+Xn)

).

Epeid  ta Xi eÐnai anex�rthta metaxÔ touc,

E(etS|N = n

)= E

(etX1

)E(etX2

). . . E

(etXn

)= MX1(t)MX2(t) . . .MXn(t).

An ta Xi eÐnai kai isìnoma, dhlad  èqoun thn Ðdia katanom  me ropogenn tria

MX1(t), paÐrnoume

E(etS|N = n

)=[E(etX1

)]n= [MX1(t)]

n .

'Ara apì thn (5) èqoume

MS(t) = E(etS)

=∞∑n=0

P (N = n)MX1(t)n

= EN(MX1(t)

N)

= EN

((elnMX1

(t))N)

= EN(eN lnMX1

(t))

= MN (lnMX1(t)) ,

ìpou MN(t) eÐnai h ropogenn tria thc N .

Par�deigma 5.1 (sÔnjeth Poisson)

H ropogenn tria thc Poi(λ) eÐnai

MN(t) = eλ(et−1), λ > 0, t > 0

24

Page 26: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

�ra h ropogenn tria thc sÔnjethc t.m. S, ìtan h N akoloujeÐ thn katanom 

Poisson, eÐnai

MS(t) = MN (lnMX1(t)) = eλ(MX1(t)−1).

Apì th sqèsh aut , gnwrÐzontac thn katanom  twn Xi, mporoÔme na broÔme

me parag gish tic ropèc opoiasd pote t�xhc thc S.

An ta Xi akoloujoÔn katanom  F kai h Poisson èqei par�metro λ, tìte lème

ìti oi par�metroi thc sÔnjethc Poisson eÐnai λ kai F . 2

Par�deigma 5.2 'Estw ìti oi sunolikèc apozhmi¸seic se dÔo anex�rthta

qartoful�kia, S1 kai S2, akoloujoÔn th sÔnjeth Poisson wc ex c:

S1 =

N1∑i=1

Xi, S2 =

N2∑j=1

Yj

ìpou Xi, Yj anex�rthtec gia ìlec tic timèc twn i, j.

DÐnetai ìti

N1 ∼ Poi(λ1), N2 ∼ Poi(λ2)

kai

Xi ∼ Exp(α), Yj ∼ Exp(β)

Na brejeÐ h katanom  tou ajroÐsmatoc S1 + S2.

LÔsh

Epeid  oi sunolikèc apozhmi¸seic sta dÔo qartoful�kia eÐnai anex�rthtec t.m.,

èqoume

MS(t) = MS1+S2(t) = MS1(t)MS2(t)

25

Page 27: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

kai qrhsimopoi¸ntac ton tÔpo gia th ropogenn tria sÔnjethc Poisson pou

brèjhke parap�nw, prokÔptei ìti

MS(t) = exp {λ1 (MX1(t)− 1)} exp {λ2 (MX2(t)− 1)}

= exp

{λ1

α

α− t− λ1 + λ2

β

β − t− λ2

}. (6)

Ed¸ qrhsimopoi same to gegonìc ìti h ropogenn tria thc ekjetik c me

par�metro α eÐnai

MX1(t) =α

α− t, t < α

antÐstoiqa gia thn MX2(t).

Jètoume

N = N1 +N2, λ = λ1 + λ2

kai gr�foume

S =N∑i=1

Zi

ìpou ta Zi eÐnai anex�rthta me katanom 

F (x) =1

λ[λ1F1(x) + λ2F2(x)] .

Ed¸ h F1 eÐnai h katanom  Exp(α), dhlad  h katanom  twn Xi, kai F2

eÐnai h katanom  Exp(β), dhlad  h katanom  twn Yj. MÐa katanom  thc

parap�nw morf c onom�zetai meÐxh dÔo ekjetik¸n katanom¸n, ìpwc ja doÔme

sth sunèqeia.

H ropogenn tria twn Zi eÐnai

MZi(t) =1

λ[λ1MX1(t) + λ2MY1(t)] .

Tìte blèpoume apì thn (6) ìti h ropogenn tria thc S mporeÐ na grafteÐ wc

MS(t) = exp {λMZi(t)− λ} .

26

Page 28: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

Autì shmaÐnei ìti h S eÐnai sÔnjeth Poisson me paramètrouc λ kai F . 2

Genikìtera isqÔei ìti to �jroisma sÔnjetwn Poisson tuqaÐwn metablht¸n, oi

opoÐec eÐnai anex�rthtec metaxÔ touc, akoloujeÐ epÐshc th sÔnjeth katanom 

Poisson.

6 Eisagwg  sth jewrÐa qreokopÐac

Sto sullogikì prìtupo thc jewrÐac kindÔnou qrhsimopoioÔme mÐa t.m S =N∑i=1

Xi, h opoÐa èqei mia sÔnjeth katanom  kai qrhsimopoieÐtai gia na

perigr�yei tic sunolikèc apait seic pou proèrqontai apì èna qartoful�kio

proc mÐa asfalistik  etaireÐa. Ed¸ oi metablhtèc Xi parist�noun tic

apait seic gia apozhmi¸seic pou ft�noun sthn etaireÐa kai jewroÔntai

anex�rthtec kai isìnomec t.m., en¸ h metablht  N parist�nei ton arijmì twn

apait sewn se èna prokajorismèno qronikì di�sthma pou mac endiafèrei (p.q.

èna ètoc).

Sth jewrÐa qreokopÐac exet�zoume tic sunolikèc apozhmi¸seic apì èna qarto-

ful�kio ìpwc autèc exelÐssontai sto qrìno. Gia to lìgo autì qrhsimopoioÔme

mÐa stoqastik  anèlixh, {S(t) : t ≥ 0}, kai ìqi mÐa tuqaÐa metablht  gia na

perigr�yei tic sunolikèc apozhmi¸seic.

EpÐshc h metablht  N antikajÐstatai t¸ra apì mÐa stoqastik  anèlixh (mÐa

aparijm tria anèlixh, ìpwc aut  orÐsthke nwrÐtera) {N(t) : t ≥ 0} h opoÐa

metr� ton arijmì twn apait sewn proc thn etaireÐa sto qrìno. 'Etsi, se

antistoiqÐa me mÐa sÔnjeth katanom , h {S(t) : t ≥ 0} eÐnai mÐa sÔnjeth

stoqastik  anèlixh pou orÐzetai gia k�je t apì th sqèsh

27

Page 29: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

S(t) =

N(t)∑i=1

Xi an N(t) ≥ 1

0 an N(t) = 0.

(7)

To shmantikìtero par�deigma miac tètoiac anèlixhc, kai autì pou ja exet�-

soume analutik� sth sunèqeia, eÐnai autì sto opoÐo h {N(t)} eÐnai mÐa anèlixhPoisson, opìte lème ìti h {S(t) : t ≥ 0}, pou parist�nei tic sunolikèc

apozhmi¸seic kaj¸c metab�llontai sto qrìno, akoloujeÐ mÐa sÔnjeth

anèlixh Poisson.

Akìmh, jewroÔme mÐa sun�rthsh P (t) h opoÐa dhl¸nei ta sunolik� asf�listra

pou eisrèoun sthn etaireÐa sto di�sthma [0, t]. Shmei¸noume ed¸ ìti ta

asf�listra kajorÐzontai me akrÐbeia apì ton asfalist , dhlad  den up�rqei

abebaiìthta wc proc thn exèlix  touc sto qrìno, gia to lìgo autì h P (t)

eÐnai mÐa aÔxousa majhmatik  sun�rthsh kai ìqi mÐa stoqastik  anèlixh .

Sthn aploÔsterh perÐptwsh, thn opoÐa ja exet�soume ed¸, h P (t) eÐnai mÐa

grammik  sun�rthsh. SumbolÐzoume me c to asf�listro pou eisrèei sthn

etaireÐa sth mon�da tou qrìnou, ètsi ¸ste to sÔnolo twn asfalÐstrwn pou

eispr�ttei h etaireÐa sto qronikì di�sthma [0, t] eÐnai ct. Upojètoume epÐshc

ìti gia k�je qartoful�kio, h etaireÐa èqei èna apojematikì, èstw u, gia na

kalÔyei kurÐwc thn pijanìthta na èrjei k�poia polÔ meg�lh apozhmÐwsh sthn

arq  thc leitourgÐac tou qartofulakÐou.

Me b�sh ta parap�nw, mporoÔme t¸ra na d¸soume ton parak�tw orismì.

Orismìc 6.1 H stoqastik  anèlixh tou pleon�smatoc {U(t) : t ≥ 0}orÐzetai gia k�je t ≥ 0 apì th sqèsh

U(t) = u+ P (t)− S(t),

ìpou u eÐnai to arqikì apojematikì, P (t) to sunolikì asf�listro sto di�sthma

[0, t] kai S(t) eÐnai h sÔnjeth anèlixh gia tic sunolikèc apozhmi¸seic sto Ðdio

28

Page 30: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

di�sthma. To U(t) kaleÐtai apojematikì   pleìnasma th qronik  stigm  t, en¸

to U(0) = u lègetai arqikì apojematikì. An isqÔoun oi parak�tw upojèseic:

• P (t) = ct gia k�poio c > 0, dhlad  h P (t) eÐnai mÐa grammik  sun�rthsh

• Oi metablhtèc Xi, pou dhl¸noun to mègejoc twn apozhmi¸sewn, eÐnai

anex�rthtec kai isìnomec kai eÐnai epÐshc anex�rthtec apì ton arijmì twn

apozhmi¸sewn se èna di�sthma, N(t)

• H {N(t) : t ≥ 0} eÐnai mÐa anèlixh Poisson, ètsi ¸ste h anèlixh {S(t) :

t ≥ 0} sthn (7) eÐnai mÐa sÔnjeth anèlixh Poisson

tìte mil�me gia to klasikì montèlo thc jewrÐac kindÔnwn.

6

-

u

U(t)

t

���������

���������

���

���������

������

���

������

���������

���������

s

Sq ma 1. H anèlixh tou pleon�smatoc

29

Page 31: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

To Sq ma 1 parousi�zei thn anèlixh tou pleon�smatoc sto klasikì montèlo.

To klasikì montèlo eÐnai autì to opoÐo ja melet soume diexodik� sth

sunèqeia. Anafèroume apl¸c ìti ta teleutaÐa qrìnia èqoun parousiasteÐ

kai melethjeÐ di�forec genikeÔseic tou montèlou, ìpwc gia par�deigma oi

peript¸seic ìpou

• h P (t) den eÐnai grammik  sun�rthsh

• Oi metablhtèc Xi den eÐnai anex�rthtec

• H {N(t) : t ≥ 0} eÐnai mÐa ananewtik  anèlixh (ìqi aparaÐthta anèlixh

Poisson)

• lamb�netai upìyh o plhjwrismìc

• gÐnetai epèndush tou arqikoÔ apojematikoÔ  /kai twn asfalÐstrwn.

Sto klasikì montèlo, apì th sqèsh P (t) = ct prokÔptei ìti c = P (t)/t,

dhlad  to c ekfr�zei to asf�listro pou plhr¸netai sth mon�da tou qrìnou

(to opoÐo de metab�lletai sto qrìno) kai onom�zetai èntash tou as-

falÐstrou (premium rate).

O sumbolismìc pou ja qrhsimopoi soume sth sunèqeia gia to klasikì montèlo

eÐnai

• λ eÐnai h èntash thc anèlixhc Poisson

• to F dhl¸nei thn katanom  twn apozhmi¸sewn. 'Otan h katanom  aut 

èqei puknìthta, tìte h puknìthta sumbolÐzetai me f

• To µk dhl¸nei thn k− t�xhc rop  thc F gÔrw apì to mhdèn, dhlad 

µk =

∫ ∞0

xkdF (x)

(=

∫ ∞0

xkf(x)dx

).

30

Page 32: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

MÐa basik  upìjesh pou k�noume p�ntote sto klasikì montèlo eÐnai ìti

c > λµ1 (8)

Parathr ste ìti sto aristerì mèloc thc sqèshc aut c èqoume th mèsh tim 

twn esìdwn sth mon�da tou qrìnou gia ton asfalist . Sto dexiì mèloc èqoume

to mèso rujmì apozhmi¸sewn sth mon�da tou qrìnou pollaplasiasmèno epÐ th

mèsh apozhmÐwsh. Dhlad , to dexiì mèloc dhl¸nei th mèsh tim  twn exìdwn

gia ton asfalist  sth mon�da tou qrìnou. Sunep¸c, h sunj kh (8) apaiteÐ ta

èsoda na uperbaÐnoun kat� mèso ìro ta èxoda sth mon�da tou qrìnou. Gia to

lìgo autì, anafèretai wc h sunj kh tou kajaroÔ kèrdouc (net profit

condition).

H posìthta me to megalÔtero endiafèron sth jewrÐa qreokopÐac eÐnai h

pijanìthta qreokopÐac, dhlad  h pijanìthta to pleìnasma U(t) tou asfalist 

na gÐnei k�poia stigm  arnhtikì.

Orismìc 6.2 H pijanìthta qreokopÐac me arqikì apojematikì u orÐzetai apì

th sqèsh

ψ(u) = P [U(t) < 0 gia k�poio t ≥ 0|U(0) = u] .

Pollèc forèc, h dèsmeush mèsa sthn pijanìthta paraleÐpetai apì to sumbolis-

mì kai, ìtan eÐnai safèc ìti h pijanìthta qreokopÐac jewreÐtai sun�rthsh tou

arqikoÔ apojematikoÔ u, gr�foume apl¸c

ψ(u) = P [U(t) < 0 gia k�poio t ≥ 0] .

Parathr seic

1. 'Ena basikì apotèlesma, to opoÐo deÐqnei th shmasÐa pou èqei h (8) sth

jewrÐa qreokopÐac, eÐnai to ex c.

An den isqÔei h (8), tìte ψ(u) = 1 ∀u ≥ 0 (9)

31

Page 33: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

dhlad  h qreokopÐa eÐnai bèbaih. Autì eÐnai diaisjhtik� anamenìmeno

ìtan c < λµ1, dhlad  ìtan ta èsoda thc etaireÐac eÐnai ligìtera apì

ta èxoda kat� mèso ìro, afoÔ me b�sh to nìmo twn meg�lwn arijm¸n

apì k�poia qronik  stigm  kai met� to pleìnasma ja mikraÐnei, �ra ja

pèsei kai k�tw apì to mhdèn. EÐnai ligìtero profanèc ìti isqÔei to Ðdio

kai sthn perÐptwsh ìpou c = λµ1, dhlad  ìtan ta èsoda eÐnai Ðsa me ta

anamenìmena èxoda, isqÔei p�ntwc kai p�li ìti h qreokopÐa eÐnai bèbaih

ìso meg�lo kai an eÐnai to arqikì apojematikì. H apìdeixh gia thn

perÐptwsh aut  eÐnai k�pwc dÔskolh kai gi' autì paraleÐpetai.

2. H ψ eÐnai fjÐnousa sun�rthsh tou u. IsqÔei m�lista ìti limu→∞

ψ(u) = 0.

3. Shmei¸noume ed¸ ìti o ìroc `qreokopÐa� de qrhsimopoieÐtai kuriolektik�,

all� eÐnai perissìtero ènac teqnikìc ìroc, pou qrhsimopoieÐtai sa mètro

thc feregguìthtac enìc qartofulakÐou. MporeÐ na antilhfjeÐ k�poioc

eÔkola, ìti an se èna sugkekrimèno qartoful�kio, to apojematikì U(t)

pèsei k�tw apì to mhdèn, h etaireÐa sthn pragmatikìthta de `qreokopeÐ�

all� oÔte kan paÔei h leitourgÐa tou sugkekrimènou qartofulakÐou

(h etaireÐa mporeÐ na daneisteÐ qr mata, na anaplhr¸sei thn ap¸leia

apì k�poio �llo qartoful�kio, na èqei merik  k�luyh twn zhmi¸n mèsw

antasf�lishc klp.).

Orismìc 6.3 To perij¸rio asf�leiac (premium loading factor)  

suntelest c asf�leiac θ sto klasikì montèlo orÐzetai apì th sqèsh

θ =c

λµ1

− 1.

Parat rhsh EÐnai profanèc apì thn (8) ìti to θ paÐrnei p�nta jetikèc

timèc. EpÐshc, mporeÐ na apodeiqteÐ eÔkola ìti ìso megal¸nei to perij¸rio

asf�leiac se èna montèlo, tìso mikraÐnei h pijanìthta qreokopÐac. 2

Diaisjhtik�, o suntelest c θ ekfr�zei pìso megalÔtera eÐnai ta èsoda apì

ta èxoda thc etaireÐac kat� mèso ìro se èna qartoful�kio. 'Etsi, to θ mporeÐ

32

Page 34: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

na jewrhjeÐ ìti ekfr�zei to anamenìmeno posostì kèrdouc gia ton asfalist .

Gia to lìgo autì, to θ sthn pr�xh paÐrnei sun jwc timèc metaxÔ 0 kai 1 (  apì

0 èwc 100%, an ekfrasteÐ san posostì) giati diaforetik� to sugkekrimèno

qartoful�kio den eÐnai antagwnistikì (o asfalist c èqei polÔ meg�lo kèrdoc,

�ra o asfalizìmenoc den èqei lìgo na epilèxei to qartoful�kio).

Sthn efarmog  tou klasikoÔ montèlou sthn pr�xh, jewroÔme ìti to perij¸rio

asf�leiac θ mporeÐ na kajoristeÐ me akrÐbeia apì ton asfalist . H mèsh

tim  thc katanom c twn apozhmi¸sewn, pou qrei�zetai gia na kajoristeÐ to θ,

jewreÐtai eÐte ìti eÐnai gnwst  (apì prohgoÔmena antÐstoiqa qartoful�kia)

eÐte mporeÐ na ektimhjeÐ, me parametrikèc   mh-parametrikèc mejìdouc.

H pijanìthta qreokopÐac, ìpwc orÐsthke parap�nw, anafèretai se �peiro

qrìno, dhlad  exet�zei thn pijanìthta to pleìnasma na gÐnei arnhtikì an

jewrhjeÐ ìti èna qartoful�kio mporeÐ na leitourg sei k�tw apì tic Ðdiec

upojèseic (�ra kai gia tic Ðdiec timèc twn paramètrwn λ, c, klp) gia polÔ

meg�lo qronikì di�sthma. Epeid  k�ti tètoio eÐnai amfÐbolo sthn pr�xh,

kai epeid  o asfalist c endiafèretai na gnwrÐzei thn pijanìthta qreokopÐac

mèsa se èna peperasmèno di�sthma (p.q. èna   dÔo èth) exet�zoume kai thn

pijanìthta qreokopÐac se peperasmèno qrìno, ψ(u, t), h opoÐa orÐzetai apì

ψ(u, t) = P [U(τ) < 0 gia k�poio 0 < τ ≤ t] .

IsqÔoun ta ex c:

1. H ψ(u, t) san sun�rthsh tou t eÐnai aÔxousa, en¸ san sun�rthsh tou u

eÐnai fjÐnousa, dhlad 

u1 ≤ u2 ⇒ ψ(u1, t) ≥ ψ(u2, t)

kai

t1 ≤ t2 ⇒ ψ(u, t1) ≤ ψ(u, t2).

33

Page 35: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

2. Gia k�je u ≥ 0,

limt→∞

ψ(u, t) = ψ(u).

EpÐshc, mporoÔme na jewr soume ìti sthn pr�xh to pleìnasma enìc qarto-

fulakÐou de metab�lletai suneq¸c, all� se takt� qronik� diast mata,

pollapl�sia miac qronik c mon�dac h (p.q. h = mÐa ebdom�da, mÐa mèra klp).

Autì mac odhgeÐ se èna montèlo se diakritì qrìno, ìpou oi timèc pou paÐrnei

o qrìnoc eÐnai pollapl�sia thc qronik c mon�dac h. H anèlixh pleon�smatoc

eÐnai t¸ra mÐa anèlixh se diakritì qrìno h opoÐa èqei th morf 

U(kh) = u+ ckh−N(kh)∑i=1

Xi,

u eÐnai to arqikì apojematikì en¸ h posìthta c ekfr�zei kai p�li to

(sunolikì) asf�listro tou qartofulakÐou sth mon�da tou qrìnou. To c

onom�zetai kai p�li èntash tou asfalÐstrou, en¸ h anèlixh {N(kh) : k =

1, 2, . . .} eÐnai mÐa anèlixh diakritoÔ qrìnou me to N(kh) na dhl¸nei to pl joc

twn apait sewn pou èqoun ft�sei sthn etaireÐa tic pr¸tec kh qronikèc

mon�dec.

To pleìnasma se endi�mesec qronikèc stigmèc eÐte den mporeÐ na brejeÐ me

akrÐbeia eÐte den mac endiafèrei (p.q. giatÐ h etaireÐa mporeÐ sthn pr�xh na

kajuster sei thn plhrwm  twn apozhmi¸sewn gia k�poiec hmèrec). Me b�sh

ta parap�nw, mporoÔme na orÐsoume thn pijanìthta qreokopÐac se diakritì

qrìno. Pr¸ta ìtan o qrìnoc autìc eÐnai �peiroc,

ψh(u) = P (U(t) < 0 gia k�poio t = 0, h, 2h, 3h, . . .)

en¸ se peperasmèno qrìno èqoume

ψh(u, t) = P (U(τ) < 0 gia k�poio τ = 0, h, 2h, . . . , t) .

Parat rhsh Gia h → 0, h pijanìthta qreokopÐac se diakritì qrìno

sugklÐnei sthn antÐstoiqh pijanìthta se suneq  qrìno, dhlad 

limh→0

ψh(u) = ψ(u)

34

Page 36: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

kai

limh→0

ψh(u, t) = ψ(u, t).

7 To klasikì montèlo: pijanìthta qreokopÐac

se �peiro qrìno kai suntelest c prosar-

mog c

Parìlo pou, ìpwc anafèrjhke parap�nw, to klasikì montèlo me �peiro

qrìno leitourgÐac den eÐnai Ðswc to pio realistikì se sqèsh me montèla se

peperasmèno   kai diakritì qrìno, h èreuna gia pollèc dekaetÐec epiken-

tr¸jhke se autì, kurÐwc lìgw thc dunatìthtac pou prosfèrei gia analutik�

apotelèsmata. An kai o akrib c tÔpoc gia thn pijanìthta qreokopÐac, ψ(u),

den eÐnai gnwstìc p�ra mìno se k�poiec m�llon aplèc peript¸seic gia thn

katanom  twn apozhmi¸sewn, ìpwc ja doÔme sth sunèqeia (p.q. ìtan h

katanom  F eÐnai ekjetik    meÐxh ekjetik¸n katanom¸n), up�rqoun arket�

analutik� apotelèsmata pou bohjoÔn th melèth thc qreokopÐac, poll� apì

ta opoÐa den eÐnai gnwst� ìtan o qrìnoc pou melet�me eÐnai peperasmènoc ( 

diakritìc).

Xekin�me th melèth tou montèlou orÐzontac thn pijanìthta mh qreokopÐac,

δ(u), apì th sqèsh

δ(u) = 1− ψ(u).

Aut  eÐnai h pijanìthta na mhn up�rxei qreokopÐa ìtan to arqikì apojematikì

eÐnai u. Parathr ste ìti, me b�sh ìsa anafèrjhkan nwrÐtera gia thn

pijanìthta ψ(u), h δ(u) eÐnai mÐa aÔxousa sun�rthsh kai limu→∞

δ(u) = 1.

Sunep¸c, kai epeid  epÐshc eÐnai suneq c apì dexi�, blèpoume ìti h δ(u)

mporeÐ na jewrhjeÐ sa mÐa ajroistik  sun�rthsh katanom c. Sto shmeÐo autì

den eÐnai profanèc poi� metablht  èqei katanom  thn δ(u), autì ìmwc ja to

diapist¸soume sth sunèqeia.

35

Page 37: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

MÐa pr¸th er¸thsh me endiafèron eÐnai h ex c

• EÐnai h δ(u) suneq c   diakrit  katanom ;

H ap�nthsh eÐnai ìti δ(u) den eÐnai oÔte suneq c oÔte diakrit , all� mÐa

meikt  katanom , afoÔ δ(0) > 0, dhlad  h pijanìthta mh qreokopÐac

me mhdèn arqikì apojematikì eÐnai jetik , en¸ h δ(u) eÐnai suneq c (èqei

puknìthta) sto (0,∞).

'Ena pr¸to apotèlesma gia th sun�rthsh mh qreokopÐac eÐnai to parak�tw.

Prìtash 7.1 Sto klasikì montèlo, h sun�rthsh δ(u) ikanopoieÐ thn

exÐswsh

δ′(u) =

λ

cδ(u)− λ

c

∫ u

0

δ(u− x)f(x)dx. (10)

Apìdeixh QrhsimopoioÔme to ananewtikì epiqeÐrhma, desmeÔontac wc proc

to qrìno thc pr¸thc ananèwshc T1 kai to mègejoc aut c thc apozhmÐwshc X1.

Sugkekrimèna, èqoume

δ(u) = P (mh qreokopÐa arqÐzontac me apojematikì u)

=

∫ ∞0

∫ ∞0

P (mh qreokopÐa arqÐzontac apì to u|T1 = t,X1 = x)b(t)f(x)dxdt.

Ed¸ b(t) = λe−λt eÐnai h (ekjetik ) puknìthta twn endiamèswn qrìnwn, �ra

kai tou T1. Gia thn pijanìthta sto eswterikì tou oloklhr¸matoc, isqÔei ìti

P (mh qreokopÐa arqÐzontac apì to u|T1 = t,X1 = x) = δ(u+ ct− x).

'Ara, paÐrnoume ìti

δ(u) =

∫ ∞0

∫ ∞0

δ(u+ ct− x)b(t)f(x)dxdt.

36

Page 38: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

Gia na eÐnai ìmwc h posìthta δ(u+ ct− x) mh mhdenik , ja prèpei

u+ ct− x ≥ 0⇒ x ≤ u+ ct

opìte paÐrnoume ìti

δ(u) =

∫ ∞0

∫ u+ct

0

δ(u+ ct− x)b(t)f(x)dxdt

=

∫ ∞0

∫ u+ct

0

δ(u+ ct− x)λe−λtf(x)dxdt.

K�nontac thn allag  metablht c

u+ ct = y ⇒ t =y − uc

opìte kai dt = dy/c, blèpoume ìti

δ(u) =1

c

∫ ∞u

∫ y

0

δ(y − x)f(x)λe−λ(y−uc )dxdy

ceλuc

∫ ∞u

[∫ y

0

δ(y − x)f(x)e−λyc dx

]dy. (11)

Gia eukolÐa, orÐzoume tic sunart seic

δ1(u) =λ

ceλuc

kai

δ2(u) =

∫ ∞u

[∫ y

0

δ(y − x)f(x)e−λyc dx

]dy

Qrhsimopoi¸ntac ton tÔpo gia parag¸gish ginomènou,

δ′(u) = δ

1(u)δ2(u) + δ1(u)δ′

2(u)

apì thn (11) prokÔptei ìti

δ′(u) =

λ

cδ(u)− λ

ceλuc

∫ u

0

δ(u− x)f(x)e−λuc dx

cδ(u)− λ

c

∫ u

0

δ(u− x)f(x)dx, (12)

37

Page 39: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

pou eÐnai to zhtoÔmeno. 2

Parat rhsh MÐa exÐswsh thc morf c (10) onom�zetai oloklhrodi-

aforik  exÐswsh gia thn �gnwsth sun�rthsh δ (epeid  aut  emfanÐzetai

tìso me th morf  parag¸gou, ìso kai mèsa sto olokl rwma).

Me b�sh thn parap�nw prìtash, mporeÐ na apodeiqteÐ h epìmenh, thc opoÐac

h apìdeixh paraleÐpetai.

Prìtash 7.2 Sto klasikì montèlo, h δ(u) ikanopoieÐ thn exÐswsh

δ(u) = δ(0) +λ

c

∫ u

0

δ(u− x)F (x)dx (u ≥ 0) (13)

ìpou

F (x) = 1− F (x)

eÐnai h our� thc katanom c twn apozhmi¸sewn.

San pìrisma thc teleutaÐac prìtashc, mporoÔme na upologÐsoume thn pi-

janìthta mh qreokopÐac ìtan to arqikì apojematikì eÐnai mhdèn, dhl. to

δ(0).

PaÐrnontac ta ìria, gia u→∞, sta dÔo mèlh thc (13), èqoume

1 = limu→∞

δ(u) = δ(0) +λ

climu→∞

∫ u

0

δ(u− x)F (x)dx (14)

Sth sunèqeia, parathroÔme ìti

limu→∞

δ(u− x) = 1,

kai

limu→∞

∫ u

0

F (x)dx =

∫ ∞0

F (x)dx = µ1,

38

Page 40: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

opìte all�zontac th seir� orÐou kai oloklhr¸matoc sthn (14), k�ti to opoÐo

epitrèpetai ed¸, paÐrnoume

1 = δ(0) +λµ1

c⇒ δ(0) = 1− λµ1

c. (15)

Epeid  orÐsame prohgoumènwc to perij¸rio asf�leiac wc

θ =c

λµ1

− 1⇔ 1 + θ =c

λµ1

,

mporoÔme na ekfr�soume to δ(0) sunart sei tou θ,

δ(0) = 1− 1

1 + θ=

θ

1 + θ.

Kat� sunèpeia, h pijanìthta qreokopÐac me mhdèn arqikì apojematikì eÐnai

ψ(0) =1

1 + θ.

6

-

1

ψ(u)

u

1

1 + θ

Sq ma 2: Grafik  par�stash thc pijanìthtac qreokopÐac

39

Page 41: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

6

-

1

δ(u)

u

θ

1 + θ

Sq ma 3: Grafik  par�stash thc pijanìthtac mh qreokopÐac

Qrhsimopoi¸ntac thn (15), mporoÔme epÐshc na gr�youme thn (13) ìpwc

parak�tw,

δ(u) = 1− λµ1

c+λ

c

∫ u

0

δ(u− x)F (x)dx, u ≥ 0. (16)

H teleutaÐa exÐswsh eÐnai mÐa (elleimmatik ) ananewtik  exÐswsh, thc opoÐac

h genik  morf  eÐdame ìti eÐnai

Z(u) = g(u) + ϕ

∫ ∞0

Z(u− y)f(y)dy

gia k�poia puknìthta pijanìthtac f(y) kai 0 < ϕ < 1.

OrÐzoume t¸ra mÐa ajroistik  sun�rthsh katanom c H(x) me b�sh th sqèsh

H(x) =1

µ1

∫ x

0

F (y)dy. (17)

40

Page 42: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

Tìte h (16) gr�fetai

δ(u) = 1− λµ1

c+λµ1

c

∫ u

0

δ(u− x)dH(x), u ≥ 0. (18)

Parat rhsh EÐnai safèc ìti gia na eÐnai h (16),   isodÔnama h (18) mÐa

kanonik  ananewtik  exÐswsh ja prèpei na isqÔei

λµ1

c= 1

K�ti tètoio ìmwc den mporeÐ na isqÔei, ìpwc deÐqnei h (8).

MporoÔme epÐshc na broÔme mÐa ananewtik  exÐswsh gia to ψ(u). All�zontac

ta prìshma sthn (18) kai prosjètontac th mon�da, paÐrnoume

1− δ(u) =λµ1

c− λµ1

c

∫ u

0

δ(u− x)dH(x)

sunep¸c paÐrnoume ìti

ψ(u) =λµ1

c− λµ1

c

∫ u

0

[1− ψ(u− x)] dH(x)

=

(λµ1

c− λµ1

cH(u)

)+λµ1

c

∫ u

0

ψ(u− x)dH(x)

=λµ1

cH(u) +

λµ1

c

∫ u

0

ψ(u− x)dH(x) (19)

ìpou jèsame H(u) = 1−H(u).

H teleutaÐa, h opoÐa eÐnai epÐshc mÐa elleimmatik  ananewtik  exÐswsh,

mporeÐ k�tw apì k�poia sunj kh, na metatrapeÐ se mÐa kanonik  (dhl. mh

elleimmatik ) ananewtik  exÐswsh. Gia na gÐnei autì, ja prèpei na up�rqei

èna R > 0 ¸ste na isqÔei∫ ∞0

eRxdH(x) =c

λµ1

= 1 + θ. (20)

41

Page 43: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

An ikanopoieÐtai h sunj kh aut , h opoÐa onom�zetai sunj kh (  exÐsw-

sh) tou Lundberg, tìte pollaplasi�zontac kai ta dÔo mèlh thc (19) me

eRu paÐrnoume

ψ(u)eRu =λµ1

cH(u)eRu +

λµ1

c

∫ u

0

ψ(u− x)eRudH(x)

=λµ1

cH(u)eRu +

λµ1

c

∫ u

0

eR(u−x)ψ(u− x)eRxdH(x).

Ja orÐsoume mÐa ajroistik  sun�rthsh katanom c me diaforikì (λµ1eRxdH(x))/c,

ètsi ¸ste h teleutaÐa sqèsh na eÐnai pr�gmati mÐa mh elleimmatik  exÐswsh.

Sugkekrimèna, orÐzoume mÐa nèa sun�rthsh katanom c HR(x) apì th sqèsh

dHR(x) =λµ1

ceRxdH(x). (21)

All� h sun�rthsh katanom c H(x) dÐnetai apì th sqèsh

H(x) =1

µ1

∫ x

0

F (y)dy

Apì tic dÔo teleutaÐec sqèseic prokÔptei ìti

HR(x) =λ

c

∫ x

0

eRtF (t)dt, (22)

to opoÐo mac deÐqnei ìti h HR(x) eÐnai mÐa ajroistik  sun�rthsh katanom c,

giatÐ HR(x) = 0, h HR(x) eÐnai aÔxousa kai dexi� suneq c, en¸ isqÔei epÐshc

limx→∞

HR(x) = limx→∞

λ

c

∫ x

0

eRtF (t)dt =λµ1

c

∫ ∞0

eRtdH(t) = 1,

ìpwc prokÔptei apì tic sqèseic (20) kai (22).

Me b�sh ta parap�nw, paÐrnoume mÐa (kanonik ) ananewtik  exÐswsh gia th

sun�rthsh ψ(u)eRu. Sugkekrimèna,

42

Page 44: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

ψ(u)eRu =λµ1

ceRuH(u) +

∫ u

0

eR(u−x)ψ(u− x)dHR(x). (23)

OrÐzontac gia eukolÐa th sun�rthsh ψ(u) = ψ(u)eRu, blèpoume ìti h teleutaÐa

sqèsh mporeÐ na grafeÐ sth morf 

ψ(u) =λµ1

ceRuH(u) +

∫ u

0

ψ(u− x)dHR(x). (24)

H stajer� R, ìpwc orÐsthke parap�nw, ikanopoieÐ th sqèsh∫ ∞0

eRxdH(x) =c

λµ1

Kat� sunèpeia,1

µ1

∫ ∞0

F (x)eRxdx =c

λµ1

,

 , ∫ ∞0

F (x)eRxdx =c

λ. (25)

Apì aut n, me olokl rwsh kat� par�gontec, paÐrnoume

c

λ=

[1

ReRxF (x)

]∞0

+

∫ ∞0

1

ReRxf(x)dx (26)

qrhsimopoi¸ntac to gegonìc ìti h par�gwgoc thc sun�rthshc F (x) = 1−F (x)

eÐnai −f(x).

ParathroÔme t¸ra ìti limx→0

eRxF (x) = 1 kai limx→∞

eRxF (x) = 0. Sunep¸c,

paÐrnoume ìti [1

ReRxF (x)

]∞0

= − 1

R.

EpÐshc, sto deÔtero ìro thc (26) anagnwrÐzoume th ropogenn tria thc

katanom c F twn apozhmi¸sewn pollaplasiasmènh epÐ 1/R.

43

Page 45: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

Me b�sh ta parap�nw, brÐskoume telik� ìti mia isodÔnamh sqèsh me thn (20)

gia thn Ôparxh tou R eÐnai h

− 1

R+

1

RM(R) =

c

λ. (27)

Epomènwc h stajer� R, ìpwc orÐsthke parap�nw, eÐnai h lÔsh thc exÐswshc

(wc proc r)

−1

r+

1

rM(r) =

c

λ. (28)

H jetik  lÔsh aut c thc exÐswshc lègetai suntelest c prosarmog c.

EpÐshc, qrhsimopoi¸ntac th sqèsh θ = c/(λµ1) − 1, blèpoume ìti mÐa �llh

sqèsh pou ikanopoieÐ o suntelest c prosarmog c eÐnai h

M(R) = (1 + θ)µ1R + 1. (29)

Parathr seic

1. Oi sqèseic (28) kai (29) proèkuyan apì th sqèsh (20) kai eÐnai isodÔnamec

me th sqèsh aut  me thn paradoq  ìti o suntelest c prosarmog c den mporeÐ

na isoÔtai me mhdèn (gia na p�roume th sqèsh (29) apì thn (27) èqoume

pollaplasi�sei me R, k�ti pou bèbaia apagoreÔetai ìtan R = 0). Sthn

pragmatikìthta, gia na doÔme ìti to R = 0 den mporeÐ na eÐnai mia lÔsh

gia to suntelest  prosarmog c, an jèsoume R = 0 sthn (20) blèpoume ìti to

aristerì mèloc sth sqèsh aut  isoÔtai me èna, en¸ to dexiì mèloc eÐnai p�nta

megalÔtero apì th mon�da (afoÔ jewroÔme p�nta ìti isqÔei h (8)). Me ton

Ðdio trìpo mporoÔme na doÔme ìti to R den mporeÐ na eÐnai arnhtikìc arijmìc

(gia R < 0, to aristerì mèloc sthn (20) eÐnai mikrìtero thc mon�dac afoÔ h

H eÐnai mÐa ajroistik  sun�rthsh katanom c).

2. Me b�sh ta parap�nw, blèpoume ìti oi apodektèc lÔseic thc (20) mporeÐ

na eÐnai anagkastik� mìno jetikoÐ arijmoÐ. Epiplèon, anafèrame parap�nw

ìti o suntelest c prosarmog c eÐnai h jetik  lÔsh thc (28). Sunep¸c, ja

prèpei na apodeÐxoume ìti h sqèsh aut  den èqei potè perissìterec apì mÐa

44

Page 46: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

apodektèc lÔseic. Pollaplasi�zontac thn (28) epÐ r kai lÔnontac wc proc th

ropogenn tria twn apozhmi¸sewn, M(r), paÐrnoume

M(r) =cr

λ+ 1. (30)

GnwrÐzoume apì th jewrÐa pijanot twn ìti h ropogenn tria eÐnai mÐa kurt 

sun�rthsh (strèfei ta koÐla �nw), dhlad  eÐnai arqik� fjÐnousa kai met�

aÔxousa sun�rthsh. Epiplèon, eÐnai eÔkolo na dei kaneÐc apì ton orismì thc

ropogenn triac ìti

limr→0

M(r) = 1, limr→∞

M(r) =∞.

Epeid  to dexiì mèloc thc (30) eÐnai mÐa grammik  sun�rthsh, èpetai ìti h

sqèsh aut  den mporeÐ na èqei perissìterec apì mÐa lÔseic (blèpe kai Sq ma

4). DeÐxame dhlad  ìti o suntelest c prosarmog c, ìtan up�rqei orÐzetai

monos manta. 2

O suntelest c prosarmog c R eÐnai mÐa posìthta me idiaÐterh shmasÐa sth

jewrÐa kindÔnwn genik�, all� kai th jewrÐa qreokopÐac eidikìtera. Oi kÔrioi

lìgoi eÐnai dÔo:

1. h anisìthta tou Lundberg:

ψ(u) ≤ e−Ru gia k�je u ≥ 0.

2. O asumptwtikìc tÔpoc (Cramer – Lundberg)

ψ(u) ∼ Ce−Ru kaj¸c u→∞

gia k�poio C > 0 (to opoÐo ja upologÐsoume sth sunèqeia tou

maj matoc). Autì shmaÐnei ìti

limu→∞

ψ(u)

Ce−Ru= 1.

45

Page 47: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

0 1 2 3 4

1.0

1.5

2.0

2.5

Sq ma 4: Grafik  lÔsh thc exÐswshc (30) gia to suntelest  prosarmog c.

Anafèroume ìti oi dÔo autèc sqèseic èqoun meg�lh shmasÐa ìqi mìno sto

klasikì montèlo, all� kai se di�fora �lla genikìtera montèla thc jewrÐac

kindÔnwn, afoÔ mporoÔn na genikeutoÔn sthn perÐptwsh p.q. ìpou oi

apozhmi¸seic den eÐnai anex�rthtec tuqaÐec metablhtèc   ìtan oi endi�mesoi

qrìnoi metaxÔ twn apozhmi¸sewn den eÐnai ekjetikoÐ.

Sth sunèqeia, melet�me thn Ôparxh kai ton upologismì tou suntelest 

prosarmog c sto klasikì montèlo gia di�forec peript¸seic thc katanom c

twn apozhmi¸sewn.

ParadeÐgmata

Par�deigma 7.1 'Estw ìti h F eÐnai h Exp(α), dhl. F (x) = 1− e−αx. H(28) gÐnetai

−λ+ λM(r) = cr.

46

Page 48: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

Apì aut n paÐrnoume

−λ+ λα

α− r= cr,

 , isodÔnama,

−λ(α− r) + αλ = cr(α− r)

�ra, telik�,

λr = crα− cr2.

H mÐa rÐza thc deuterob�jmiac exÐswshc eÐnai to 0 (afoÔ den up�rqei stajerìc

ìroc), h opoÐa aporrÐptetai, en¸ h �llh brÐsketai apì thn

λ = cα− cr

apì ìpou telik� brÐskoume thn tim  tou suntelest  prosarmog c

R = α− λ

c.

To R eÐnai pr�gmati jetikì, efìson isqÔei

c > λµ1 ⇒ c >λ

α

lìgw thc (8).

O suntelest c prosarmog c mporeÐ epÐshc na grafeÐ sthn ex c isodÔnamh

morf , thn opoÐa ja qrhsimopoi soume sth sunèqeia, ìpou o suntelest c R

ekfr�zetai san sun�rthsh tou perijwrÐou asfaleÐac θ kai thc paramètrou thc

ekjetik c,

R =αθ

1 + θ.

Par�deigma 7.2 'Estw t¸ra ìti h F eÐnai h katanom  Ga(2, β) me

puknìthta

f(x) = β2xe−βx β > 0, x ≥ 0.

H ropogenn tria eÐnai

M(r) =β2

(β − r)2, r < β.

47

Page 49: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

Apì thn (29) paÐrnoume:

β2

(β − r)2= 1 + (1 + θ)rµ1

 , apaleÐfontac ton paronomast ,

β2 = (β − r)2 + (1 + θ)rµ1(β − r)2.

Aut  eÐnai mÐa exÐswsh trÐtou bajmoÔ wc proc r. H mÐa rÐza eÐnai kai p�li to

mhdèn (aporrÐptetai), opìte apaleÐfontac to r apì thn exÐswsh kai k�nontac

pr�xeic katal goume sth deuterob�jmia

(1 + θ)µ1r2 − (2β(1 + θ)µ1 − 1) r −

(2β + (1 + θ)µ1β

2)

= 0.

'Askhsh Qrhsimopoi¸ntac ìti µ1 = 2/β, na brejoÔn oi dÔo rÐzec thc

exÐswshc. Na apodeiqteÐ ìti h mÐa apì autèc eÐnai mikrìterh tou β kai h �llh

eÐnai megalÔterh. Poia apì tic dÔo rÐzec eÐnai o suntelest c prosarmog c kai

giatÐ;

Par�deigma 7.3 Upojètoume t¸ra ìti oi apozhmi¸seic paÐrnoun mìno mÐa

tim , èstw Xi = 10 me pijanìthta 1. H exÐswsh gia to suntelest 

prosarmog c eÐnai

MX(r) = 1 + (1 + θ)µ1r,

apì ìpou paÐrnoume

e10r = 1 + 10(1 + θ)r.

Aut  eÐnai mÐa mh grammik  exÐswsh wc proc r h opoÐa den mporeÐ na lujeÐ

analutik�. ParathroÔme dhlad  ìti an kai h katanom  twn apozhmi¸sewn

eÐnai ekfulismènh, o suntelest c prosarmog c den mporeÐ na upologisteÐ me

akrÐbeia.

48

Page 50: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

Par�deigma 7.4 Ac jewr soume ìti h sun�rthsh katanom c twn apozh-

mi¸sewn dÐnetai apì th sqèsh

F (x) = 1− (1 + x)−α, α > 1, x > 0

Tìte èqoume

F (x) = (1 + x)−α

⇒ f(x) = α(1 + x)−α−1. (31)

Aut  eÐnai mÐa katanom  Pareto me paramètrouc α kai 1. Autì eÐnai èna

par�deigma mi�c katanom c me bari� our� (heavy-tailed distribution), dhlad 

mia katanom  thc opoÐac h our� (dhl. h sun�rthsh epibÐwshc) sugklÐnei polÔ

arg� sto mhdèn gia x→∞.

Sth genik  thc morf , h katanom  Pareto me paramètrouc α kai β èqei

puknìthta

f(x) =αβα

(β + x)α+1. (32)

Up�rqei o suntelest c prosarmog c sthn perÐptwsh ìpou oi apozhmi¸seic

akoloujoÔn thn katanom  Pareto;

H ap�nthsh sthn er¸thsh aut  eÐnai arnhtik , polÔ apl� diìti den up�rqei h

ropogenn tria. Sugkekrimèna, èstw h Pareto me puknìthta pou dÐnetai sth

sqèsh (31). H ropogenn tria brÐsketai apì th sqèsh

M(r) = E[erX]

=

∫ ∞0

erxf(x)dx

kai gia thn puknìthta sthn (31) paÐrnoume

M(r) =

∫ ∞0

erxα(1 + x)−α−1dx.

Se poiì di�sthma orÐzetai h ropogenn tria (dhlad  sugklÐnei to olokl rwma);

Efìson gia k�je r > 0, isqÔei

limx→∞

erxα(1 + x)−α−1 =∞,

49

Page 51: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

blèpoume ìti to olokl rwma den sugklÐnei gia kamÐa tim  tou r, sunep¸c kai

h ropogenn tria den up�rqei gia kanèna r > 0.

Kat� sunèpeia den up�rqei kai lÔsh sthn exÐswsh gia to suntelest 

prosarmog c, dhlad  o suntelest c prosarmog c gia to klasikì montèlo me

apozhmi¸seic Pareto den up�rqei. To Ðdio isqÔei gia opoiad pote katanom 

Pareto, dhlad  gia ìlec tic timèc twn paramètrwn α, β sthn (32).

Parat rhsh SÔmfwna me thn anisìthta Markov, gia mÐa jetik  t.m. X

isqÔei

P (X > x) ≤ E(Xk)

xk

'Estw t¸ra Y h metablht  pou akoloujeÐ thn katanom  F twn apozhmi¸sewn

sto klasikì montèlo. Apì thn parap�nw sqèsh paÐrnoume (gia k = 1)

P (Y > y) = P(erY > ery

)≤E(erY)

ery

⇒ F (y) = P (Y > y) ≤E(erY)

ery= e−ryE

(erY).

H sqèsh aut  mac lèei ìti mÐa anagkaÐa sunj kh gia thn Ôparxh tou R eÐnai

h our� thc katanom c twn apozhmi¸sewn na sugklÐnei sto 0 toul�qisto me

ekjetikì rujmì. 2

Par�deigma 7.5 JewroÔme mÐa katanom  me puknìthta

f(x) = τγxγ−1e−τxγ

, τ, γ > 0

Aut  eÐnai h puknìthta thc katanom c Weibull me paramètrouc τ kai γ (gia

suntomÐa Wei(τ, γ)).

H our� thc katanom c eÐnai (h apìdeixh af netai san �skhsh)

F (x) = e−τxγ

.

50

Page 52: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

'Estw ìti h katanom  F eÐnai h katanom  twn apozhmi¸sewn sto klasikì

montèlo.

Pìso bari� our� èqei h katanom  Wei(τ, γ);

• gia γ = 1, paÐrnoume thn ekjetik  katanom 

• gia γ < 1, h katanom  èqei pio bari� our� apì thn ekjetik  katanom .

H our� thc katanom c sugklÐnei sto mhdèn pio arg� apì thn ekjetik 

katanom , all� pio gr gora apì thn Pareto.

• gia γ > 1, h katanom  èqei pio elafri� our� apì thn ekjetik  katanom ,

dhlad  h our� thc katanom c sugklÐnei polÔ gr gora sto mhdèn.

H perÐptwsh pou mac endiafèrei kurÐwc sta analogistik� majhmatik� eÐnai gia

γ < 1, dhlad  ìtan h katanom  èqei bari� our�.

To Sq ma 5 parousi�zei grafik� thn our� thc katanom c Weibull, 1− F (x),

gia thn Ðdia tim  thc paramètrou τ = 3/5 kai gia treic diaforetikèc timèc thc

paramètrou γ : sugkekrimèna, gia γ = 3, γ = 1 (ekjetik  katanom ) kai gia

γ = 1/2. EÐnai safèc ìti gia meg�lec timèc tou x, h our� F (x) = 1 − F (x)

sugklÐnei polÔ pio arg� sto mhdèn ìtan γ = 1/2 (bari� our�) apì tic �llec

dÔo peript¸seic.

Sqetik� me th ropogenn tria, parathroÔme ta ex c:

(i) Gia γ > 1, h ropogenn tria up�rqei, den gnwrÐzoume ìmwc to genikì tÔpo

kai den mporoÔme na thn upologÐsoume analutik�.

(ii) Gia γ < 1, h ropogenn tria den up�rqei. Kat� sunèpeia, se èna klasikì

montèlo ìpou oi apozhmi¸seic akoloujoÔn Wei(τ, γ) me γ < 1, o suntelest c

prosarmog c den up�rqei.

51

Page 53: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

0 2 4 6 8

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

x

1−

F(x

)

gamma=3gamma=1gamma=1/2

Sq ma 5: Grafik  par�stash thc our�c thc katanom c Weibull gia treic timèc

thc paramètrou γ.

Upologismìc thc mèshc tim c thc katanom c Wei(τ, γ)

'Estw X ∼ Wei(τ, γ). H mèsh tim  thc X eÐnai

E[X] =

∫ ∞0

xτγxγ−1exp(−τxγ) dx

K�nontac to metasqhmatismì y = xγ blèpoume ìti

E[X] =

∫ ∞0

y1/γτexp(−τy)dy.

52

Page 54: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

H sun�rthsh mèsa sto olokl rwma mac jumÐzei thn puknìthta thc katanom c

G�mma me paramètrouc τ kai 1 + 1/γ.

Pollaplasi�zoume kai diairoÔme me mÐa posìthta pou den perilamb�nei to y,

ètsi ¸ste sto olokl rwma na kataskeuasteÐ akrib¸c h puknìthta aut c thc

katanom c, epeid  tìte gnwrÐzoume ìti to olokl rwma thc puknìthtac ja

isoÔtai me th mon�da.

'Etsi paÐrnoume

E[X] =τΓ(

1 + 1γ

)τ 1/γ+1

∫ ∞0

y1/γτ 1/γ+1exp(−τy)

Γ(

1 + 1γ

) dy

= τ

(1

τ

)1+1/γ

Γ

(1 +

1

γ

)

=Γ(

1 + 1γ

)τ 1/γ

. (33)

Ed¸ Γ(.) dhl¸nei th sun�rthsh G�mma pou orÐzetai apì th sqèsh

Γ(x) =

∫ ∞0

e−ttx−1dt.

Gia aujaÐreto x, h tim  Γ(x) den upologÐzetai analutik�, upenjumÐzetai ìmwc

ìti ìtan to x eÐnai akèraioc, tìte isqÔei Γ(x) = (x− 1)!

Kat� sunèpeia, p.q. gia γ = 1/2, h (33) dÐnei

E[X] =Γ(

1 + 11/2

)τ 2

=2!

τ 2=

2

τ 2.

'Askhsh Na brejeÐ h mèsh tim  thc metablht c X2 sthn perÐptwsh pou h X

akoloujeÐ Weibull katanom  me paramètrouc τ kai γ.

53

Page 55: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

'Ena p�nw fr�gma gia to suntelest  prosarmog c R

Se arketèc peript¸seic, an kai o suntelest c prosarmog c sto klasikì

montèlo up�rqei, h tim  tou den mporeÐ na upologisteÐ me akrÐbeia (ìpwc,

p.q., sthn perÐptwsh Weibull apozhmi¸sewn me γ > 1). Gia thn perÐptwsh

aut  eÐnai qr simo na gnwrÐzoume èna fr�gma,   mÐa prosèggish gia thn tim 

tou. 'Ena tètoio fr�gma dÐnetai sth sunèqeia.

Apì th sqèsh (27) blèpoume ìti o suntelest c prosarmog c R ikanopoieÐ th

sqèsh

λ+ cR = λMX(R).

Upojètontac ìti oi apozhmi¸seic èqoun puknìthta f , paÐrnoume

λ+ cR = λ

∫ ∞0

eRxf(x)dx

> λ

∫ ∞0

(1 +Rx+

1

2R2x2

)f(x)dx

= λ

[∫ ∞0

f(x)dx+

∫ ∞0

Rxf(x)dx+

∫ ∞0

1

2R2x2f(x)dx

]

= λ

(1 +Rµ1 +

1

2R2µ2

).

Apì thn teleutaÐa sqèsh paÐrnoume

2(c− λµ1)R > λR2µ2

 , an lÔsoume wc proc R,

R <2(c− λµ1)

λµ2

.

Qrhsimopoi¸ntac th sqèsh

c = (1 + θ)λµ1

54

Page 56: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

brÐskoume to isodÔnamo fr�gma gia to R,

R <2θµ1

µ2

. (34)

ShmeÐwsh Gia mikrèc timèc tou R, autì to p�nw fr�gma dÐnei kai mÐa

ikanopoihtik  prosèggish, h opoÐa mac eÐnai qr simh ìtan gnwrÐzoume ìti o

suntelest c up�rqei all� den mporeÐ na upologisteÐ me akrÐbeia.

Sthn parap�nw apìdeixh qrhsimopoi same ìti

eRx > 1 +Rx+R2x2

2.

PaÐrnontac parap�nw ìrouc sto an�ptugma, apì ìpou proèrqetai to dexiì

mèloc, mporoÔme na broÔme beltiwmèna fr�gmata gia to suntelest  prosar-

mog c.

Gia par�deigma, qrhsimopoi¸ntac ènan epiplèon ìro, dhlad  thn anisìthta

eRx > 1 +Rx+R2x2

2+R3x3

6,

tìte brÐskoume to fr�gma

R <12θµ1√

9p22 + 24θµ1µ3 + 3µ2

,

to opoÐo eÐnai kalÔtero se sqèsh me to fr�gma sthn (34). 2

Par�deigma 7.6 (sunèqeia apì to Par�deigma 7.3)

JewroÔme kai p�li ìti oi apozhmi¸seic paÐrnoun mìno mÐa tim , X = 10. Tìte,

eÐnai µ1 = 10, µ2 = 100, �ra to p�nw fr�gma sthn (34) gia to R eÐnai

R <2θ

10=θ

5.

55

Page 57: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

An upojèsoume ìti θ = 0,1 ìpwc prin, tìte brÐskoume ìti

R < 20,01× 10

100= 0,02.

'Opwc eÐdame sto Par�deigma 7.3, h akrib c tim  tou suntelest  brÐsketai sa

lÔsh thc exÐswshc

e10r = 1 + 1,1× 10r = 1 + 11r.

'Askhsh (sto Excel)

Na brejeÐ me akrÐbeia tri¸n dekadik¸n yhfÐwn h tim  tou R apì thn parap�nw

exÐswsh kai na sugkrijeÐ me to p�nw fr�gma pou d¸same gia to R.

Apìdeixh thc anisìthtac tou Lundberg

Jèloume na deÐxoume ìti gia ìlec tic timèc tou arqikoÔ apojematikoÔ u, h

pijanìthta qreokopÐac ψ(u) (se �peiro qrìno) ikanopoieÐ thn

ψ(u) ≤ e−Ru.

Xekin�me apì thn parat rhsh ìti, epeid  h èntash twn asfalÐstrwn eÐnai

jetik , qreokopÐa mporeÐ na sumbeÐ mìno th stigm  pou èrqetai k�poia

apaÐthsh.

'Estw ψn(u) h pijanìthta na sumbeÐ qreokopÐa mèqri thn apozhmÐwsh n, dhlad 

me k�poia apì tic apozhmi¸seic 1, 2, . . . , n. H apìdeixh gÐnetai me epagwg  wc

proc n. ApodeiknÔoume pr¸ta ìti gia n = 1,

ψ1(u) ≤ e−Ru.

'Estw ìti h pr¸th apaÐthsh gia apozhmÐwsh eÐnai th qronik  stigm  t. To

pleìnasma tou asfalist  th stigm  aut  eÐnai u+ ct, ètsi ¸ste gia na èqoume

56

Page 58: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

qreokopÐa me thn pr¸th apaÐthsh ja prèpei to mègejocX1 aut c thc apaÐthshc

na eÐnai megalÔtero apì u+ ct. Autì dÐnei ìti

P (qreokopÐa me thn pr¸th apaÐthsh | h pr¸th apaÐthsh èrqetai th stigm  t)

= P (X1 > u+ ct)

=

∫ ∞u+ct

f(x)dx.

Oi apait seic ft�noun sthn asfalistik  etaireÐa sÔmfwna me mÐa anèlixh

Poisson, sunep¸c h pijanìthta ìti h pr¸th apaÐthsh ja èrjei sto di�sthma

[t, t+ dt] eÐnai

λe−λtdt.

Jewr¸ntac t¸ra ìlec tic dunatèc timèc gia to t, brÐskoume ìti

P (qreokopÐa me thn pr¸th apaÐthsh ) =

∫ ∞0

λe−λt∫ ∞u+ct

f(x)dxdt

≤∫ ∞0

λe−λt∫ ∞u+ct

e−R(u+ct−x)f(x)dxdt

≤∫ ∞0

λe−λt∫ ∞0

e−R(u+ct−x)f(x)dxdt.

UpologÐzoume to eswterikì olokl rwma:∫ ∞0

e−R(u+ct−x)f(x)dx = e−Rue−Rct∫ ∞0

eRxf(x)dx.

All� o suntelest c R ikanopoieÐ th sqèsh

λ

∫ ∞0

eRxf(x)dx = λ+ cR,

ètsi ¸ste ∫ ∞0

e−R(u+ct−x)f(x)dx = e−Rue−Rct∫ ∞0

eRxf(x)dx

= e−Rue−Rct(

1 +cR

λ

).

57

Page 59: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

Sunep¸c blèpoume ìti gia thn pijanìthta qreokopÐac me thn pr¸th apaÐthsh

isqÔei

ψ1(u) ≤ e−Ru∫ ∞0

λe−λte−Rct(

1 +cR

λ

)= e−Ru

∫ ∞0

(λ+ cR) e−(λ+cR)tdt

= e−Ru.

Upojètoume t¸ra ìti isqÔei

ψn(u) ≤ e−Ru

Ja deÐxoume ìti to apotèlesma alhjeÔei gia n+ 1, dhlad 

ψn+1(u) ≤ e−Ru

'Eqoume

ψn+1(u) = P (qreokopÐa me k�poia apì tic pr¸tec n+ 1 apait seic)

= P (qreokopÐa me thn pr¸th apaÐthsh)

+ P (qreokopÐa me k�poia apì tic apait seic 2, 3, . . . , n+ 1)(35)

Gia thn pr¸th pijanìthta èqoume

P (qreokopÐa me thn pr¸th apaÐthsh) =

∫ ∞0

λe−λt∫ ∞u+ct

f(x)dxdt (36)

ìpwc deÐxame prohgoumènwc gia thn perÐptwsh n = 1.

Gia th deÔterh pijanìthta, upologÐzoume pr¸ta th desmeumènh pijanìthta an

gnwrÐzoume to qrìno kai to mègejoc thc pr¸thc apozhmÐwshc, èstw t kai x

antÐstoiqa. Tìte èqoume

P (qreokopÐa me k�poia apì tic apait seic 2, 3, . . . , n+ 1| pr¸th apozhmÐwsh

èrqetai th stigm  t kai èqei mègejoc x) = ψn(u+ ct− x)

58

Page 60: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

gia ìlec tic timèc x ≤ u+ ct (diaforetik� h parap�nw pijanìthta eÐnai mhdèn,

afoÔ ja sumbeÐ qreokopÐa me thn pr¸th apozhmÐwsh). An t¸ra jewr soume

ìlec tic dunatèc timèc gia to t kai to x (me x ≤ u+ct), apì to je¸rhma olik c

pijanìthtac gia suneqeÐc metablhtèc paÐrnoume

P (qreokopÐa me k�poia apì tic apait seic 2, 3, . . . , n+ 1)

=

∫ ∞0

λe−λt∫ u+ct

0

ψn(u+ ct− x)f(x)dxdt

'Omwc èqoume upojèsei ìti

ψn(u) ≤ e−Ru,

sunep¸c

P (qreokopÐa me k�poia apì tic apait seic 2, 3, . . . , n+ 1)

=

∫ ∞0

λe−λt∫ u+ct

0

e−R(u+ct−x) f(x)dxdt.

Antikajist¸ntac thn teleutaÐa sqèsh kai thn (36) sth sqèsh (35), paÐrnoume

ψn+1(u) ≤∫ ∞0

λe−λt∫ u+ct

0

e−R(u+ct−x) f(x)dxdt

+

∫ ∞0

λe−λt∫ ∞u+ct

e−R(u+ct−x) f(x)dxdt.

ParathroÔme t¸ra ìti gia x > u+ ct,

e−R(u+ct−x) > 1

to opoÐo dÐnei ∫ ∞u+ct

f(x) · 1 dx ≤∫ ∞u+ct

e−R(u+ct−x) f(x)dx.

59

Page 61: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

Apì autì paÐrnoume ìti

ψn+1(u) ≤∫ ∞0

λe−λt∫ ∞u+ct

e−R(u+ct−x) f(x)dxdt

+

∫ ∞0

λe−λt∫ u+ct

0

e−R(u+ct−x) f(x)dxdt

=

∫ ∞0

λe−λt∫ ∞0

e−R(u+ct−x) f(x)dxdt

kai èqoume deÐxei sthn apìdeixh gia thn perÐptwsh n = 1 ìti autì isoÔtai me

e−Ru.

Sunep¸c, isqÔei

ψn+1(u) ≤ e−Ru

�ra epagwgik� deÐxame ìti gia k�je n = 1, 2, . . . , kai gia k�je u ≥ 0,

ψn(u) ≤ e−Ru. (37)

ParathroÔme t¸ra ìti apì ton orismì thc sun�rthshc ψn(u), gia k�je stajerì

u, h akoloujÐa ψn(u) eÐnai aÔxousa kai isqÔei

limn→∞

ψn(u) = ψ(u)

Sunep¸c, paÐrnontac ta ìria gia n → ∞ sth sqèsh (37) kai parathr¸ntac

ìti to dexiì mèloc sth sqèsh aut  den exart�tai apì to n, brÐskoume telik�

ìti gia k�je u ≥ 0,

ψ(u) ≤ e−Ru,

to opoÐo oloklhr¸nei thn apìdeixh. 2

DÐnoume t¸ra thn apìdeixh enìc shmantikoÔ jewr matoc, pou èqei  dh anafer-

jeÐ kai melet� thn asumptwtik  sumperifor� thc pijanìthtac qreokopÐac sto

klasikì montèlo kaj¸c to arqikì apojematikì u teÐnei sto �peiro.

60

Page 62: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

Prìtash 7.3 (O asumptwtikìc tÔpoc twn Cramer – Lundberg). Me thn

proôpìjesh ìti ∫ ∞0

xeRxF (x)dx <∞, (38)

h pijanìthta qreokopÐac ψ(u) sto klasikì prìtupo ikanopoieÐ th sqèsh

ψ(u) ∼ Ce−Ru kaj¸c u→∞,

to opoÐo shmaÐnei ìti

limu→∞

ψ(u)

e−Ru= C,

ìpou h stajer� C > 0 upologÐzetai apì ton tÔpo

C =θµ1

R∫∞0xeRxF (x)dx

. (39)

H sun�rthsh Ce−Ru, h opoÐa apoteleÐ thn (asumptwtik ) prosèggish thc

pijanìthtac qreokopÐac, sumbolÐzetai me ψCL(u).

Apìdeixh. H apìdeixh gÐnetai qrhsimopoi¸ntac to basikì ananewtikì

je¸rhma (Prìtash 4.2). 'Eqoume deÐxei ìti h sun�rthsh

ψ(u) = eRuψ(u) (40)

ikanopoieÐ thn kanonik  ananewtik  exÐswsh (24).

Gia na mporèsoume na qrhsimopoi soume to basikì ananewtikì je¸rhma sthn

exÐswsh aut , ja prèpei na exasfalÐsoume ìti h sun�rthsh g pou orÐzetai apì

th sqèsh

g(u) =λµ1

ceRuH(u)

eÐnai fragmènh kai oloklhr¸simh sto di�sthma (0,∞), kaj¸c kai ìti limu→∞

g(u) =

0.

61

Page 63: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

K�nontac olokl rwsh kat� par�gontec, mporoÔme na diapist¸soume ìti h

sun�rthsh g(u) mporeÐ na grafeÐ wc ex c:

g(u) =λµ1

c

∫ ∞u

eRxdH(x)− Rλµ1

c

∫ ∞u

H(x)eRxdx.

Autì deÐqnei ìti pr�gmati h g(u) sugklÐnei sto mhdèn kaj¸c u → ∞.

EpÐshc, eÐnai safèc ìti h g eÐnai mÐa fragmènh sun�rthsh. Me olokl rwsh

kat� par�gontec blèpoume ìti, efìson isqÔei h sunj kh (38), h sun�rthsh

g(u) eÐnai oloklhr¸simh sto di�sthma (0,∞). Epomènwc, mporoÔme na

qrhsimopoi soume to basikì ananewtikì je¸rhma, to opoÐo mac dÐnei ìti

limu→∞

ψ(u) =

∫∞0g(x)dx

µR, (41)

ìpou µR eÐnai h mèsh tim  thc katanom c HR, dhlad ,

µR =

∫ ∞0

xdHR(x).

Apì th sqèsh (21) èqoume ìmwc ìti dHR(x) = λµ1c−1eRxdH(x), sunep¸c

paÐrnoume ìti

µR =λµ1

c

∫ ∞0

xeRxdH(x)

c

∫ ∞0

xeRxF (x)dx. (42)

Gia to olokl rwma

∫ ∞0

g(x)dx, èqoume∫ ∞0

g(x)dx =λµ1

c

∫ ∞0

eRxH(x)dx

c

∫ ∞0

eRx∫ ∞x

F (y)dydx,

qrhsimopoi¸ntac ìti H(u) =

∫ ∞u

F (y)dy/µ1. All�zontac th seir� twn

metablht¸n sto diplì olokl rwma, paÐrnoume∫ ∞0

g(x)dx =λ

c

∫ ∞0

∫ y

0

eRxF (y)dxdy.

62

Page 64: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

To eswterikì olokl rwma isoÔtai me∫ y

0

eRxF (y)dx = F (y)1

R

(eRy − 1

),

sunep¸c ∫ ∞0

∫ y

0

eRxF (y)dxdy =1

R

[∫ ∞0

F (y)eRydy − µ1

].

'Eqoume deÐxei sth sqèsh (25) ìti gia to suntelest  prosarmog c isqÔei∫ ∞0

F (y)eRydy = c/λ. Kat� sunèpeia, paÐrnoume diadoqik� ìti

∫ ∞0

g(x)dx =λ

c

∫ ∞0

∫ y

0

eRxF (y)dxdy

c· 1

R

[ cλ− µ1

]=

1

R

[1− λµ1

c

]=c− λµ1

Rc. (43)

Antikajist¸ntac tic sqèseic (42) kai (43) sthn (41) paÐrnoume

limu→∞

ψ(u) =(c− λµ1) /c

Rλ∫∞0xeRxF (x)dx/c

=(c− λµ1)

Rλ∫∞0xeRxF (x)dx

.

All� apì ton orismì tou perijwrÐou asfaleÐac θ, èqoume

c− λµ1

λ= θµ1,

sunep¸c deÐxame telik� ìti

limu→∞

ψ(u) =θµ1

R∫∞0xeRxF (x)dx

,

kai to zhtoÔmeno tou jewr matoc t¸ra èpetai apì th sqèsh (40). 2

63

Page 65: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

MporeÐ na apodeiqjeÐ ìti, akìmh kai an h sqèsh (38) den alhjeÔei, h Prìtash

7.3 exakoloujeÐ na isqÔei me thn ènnoia ìti h tim  thc stajer�c C eÐnai Ðsh me

mhdèn. Pio sugkekrimèna, an isqÔei ìti∫ ∞0

xeRxF (x)dx =∞,

tìte h pijanìthta qreokopÐac ikanopoieÐ th sqèsh

limu→∞

ψ(u)

e−Ru= 0.

Par�deigma 7.7 JewroÔme ìti h katanom  twn apozhmi¸sewn èqei puknìth-

ta

f(x) =1

3e−x +

2

3e−2x + e−3x, x ≥ 0.

An eÐnai gnwstì ìti λ = c = 4, na brejeÐ h prosèggish gia thn pijanìthta

qreokopÐac me ton asumptwtikì tÔpo twn Cramer – Lundberg.

LÔsh ParathroÔme arqik� ìti h puknìthta pou dÐnetai gia tic apozhmi¸seic

mporeÐ na grafeÐ sth morf 

f(x) =1

3

(e−x + 2e−2x + 3e−3x

),

k�ti pou deÐqnei ìti h puknìthta aut  antistoiqeÐ se mÐa meÐxh1 tri¸n ekjetik¸n

katanom¸n me paramètrouc 1, 2 kai 3 kai me antÐstoiqa b�rh 1/3, 1/3 kai 1/3.

H mèsh tim  twn apozhmi¸sewn sunep¸c eÐnai

µ1 =1

3

(1 +

1

2+

1

3

)=

11

18= 0,6111.

UpologÐzoume sth sunèqeia to suntelest  prosarmog c. Qrhsimopoi¸ntac to

gegonìc ìti h ropogenn tria miac ekjetik c me par�metro β eÐnai β/(β − r),1Βλ. και Ενότητα 10.2 για το γενικό ορισμό αυτής της κλάσης κατανομών.

64

Page 66: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

orismènh sto di�sthma [0, β), paÐrnoume ìti h ropogenn tria twn apozhmi¸sewn

eÐnai

MX(r) =1

3

(1

1− r+

2

2− r+

3

3− r

)=

1

3

((2− r)(3− r) + 2(1− r)(3− r) + 3(1− r)(2− r)

(1− r)(2− r)(3− r)

),

kai h sun�rthsh aut  orÐzetai (dhlad  èqei peperasmènh tim ) sto di�sthma

[0, 1) (dhl. sto di�sthma ìpou kai oi treic epimèrouc ropogenn triec eÐnai

peperasmènec).

H tim  tou perijwrÐou asfaleÐac sto montèlo eÐnai

θ =c

λµ1

− 1 =4

4 · 11

18

− 1 =7

11= 0,63636.

Sunep¸c h exÐswsh tou Lundberg gia to suntelest  prosarmog c

MX(r) = 1 + (1 + θ)µ1r

paÐrnei th morf 

(2− r)(3− r) + 2(1− r)(3− r) + 3(1− r)(2− r)3(1− r)(2− r)(3− r)

= 1 + r.

O arijmht c sto aristerì mèloc isoÔtai me

(r2 − 5r + 6) + 2(r2 − 4r + 3) + 3(r2 − 3r + 2) = 6r2 − 22r + 18,

en¸ o paronomast c eÐnai

3(r2 − 3r + 2)(3− r) = −3r3 + 18r2 − 33r + 18.

Sunep¸c, me antikat�stash twn dÔo teleutaÐwn sqèsewn sthn exÐswsh tou

Lundberg, brÐskoume met� thn apaloif  tou paronomast  thc ropogenn triac,

ìti h exÐswsh aut  gr�fetai sth morf 

6r2 − 22r + 18 = (−3r3 + 18r2 − 33r + 18) (1 + r) ,

65

Page 67: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

apì thn opoÐa paÐrnoume

6r2 − 22r + 18 = (−3r3 + 18r2 − 33r + 18) + r(−3r3 + 18r2 − 33r + 18)

= −3r3 + 18r2 − 33r + 18− 3r4 + 18r3 − 33r2 + 18r

= −3r4 + 15r3 − 15r2 − 15r + 18.

H sqèsh aut  eÐnai isodÔnamh me thn exÐswsh 4ou bajmoÔ (wc proc r),

3r4 − 15r3 + 21r2 − 7r = 0.

H mÐa apì tic tèsseric rÐzec aut c thc exÐswshc eÐnai r = 0, h opoÐa

aporrÐptetai wc lÔsh gia to suntelest  prosarmog c, efìson gnwrÐzoume

ìti autìc paÐrnei gn sia jetikèc timèc. Oi �llec treic rÐzec eÐnai oi lÔseic thc

exÐswshc trÐtou bajmoÔ

3r3 − 15r2 + 21r − 7 = 0.

Oi rÐzec aut c thc exÐswshc eÐnai

r1 = 0,48513, r2 = 1,72235, r3 = 2,79252.

Apì autèc, mìno h mikrìterh rÐza (r1) eÐnai sto epitreptì di�sthma (0, 1)

(jumÐzoume ìti gia megalÔterec timèc tou r h ropogenn tria thc katanom c twn

apozhmi¸sewn apeirÐzetai), sunep¸c h rÐza aut  ja eÐnai kai o suntelest c

prosarmog c. DeÐxame dhlad  ìti

R = 0,48513.

AfoÔ br kame to suntelest  prosarmog c, upologÐzoume t¸ra thn tim  thc

stajer�c C ston tÔpo (39). BrÐskoume arqik� thn our� thc katanom c

twn apozhmi¸sewn. EÐnai eÔkolo na diapist¸sei kaneÐc (me olokl rwsh thc

antÐstoiqhc puknìthtac) ìti

F (x) =

∫ ∞x

f(y)dy =1

3

(e−x + e−2x + e−3x

).

66

Page 68: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

UpologÐzoume sth sunèqeia to olokl rwma ston paronomast  thc sqèshc

(39). Sugkekrimèna, èqoume∫ ∞0

xeRxF (x)dx =1

3

∫ ∞0

x[e−(1−R)x + e−(2−R)x + e−(3−R)x

]dx

=1

3

[∫ ∞0

xe−(1−R)xdx+

∫ ∞0

xe−(2−R)xdx+

∫ ∞0

xe−(3−R)xdx

]. (44)

Gia to pr¸to olokl rwma sthn agkÔlh paÐrnoume ìti∫ ∞0

xe−(1−R)xdx =1

1−R

∫ ∞0

x(1−R)e−(1−R)xdx

=

(1

1−R

)2

,

efìson to olokl rwma sto dexiì mèloc thc teleutaÐac sqèshc eÐnai h mèsh tim 

miac metablht c pou akoloujeÐ thn ekjetik  katanom  me par�metro 1 − R.Parìmoia brÐskoume gia ta �lla dÔo oloklhr¸mata sth sqèsh (44), ìti∫ ∞

0

xe−(2−R)xdx =

(1

2−R

)2

,

∫ ∞0

xe−(3−R)xdx =

(1

3−R

)2

kai t¸ra me antikat�stash twn dÔo teleutaÐwn sqèsewn sthn (44), kai qrhsi-

mopoi¸ntac thn tim  tou suntelest  prosarmog c pou brèjhke parap�nw,

paÐrnoume ìti∫ ∞0

xeRxF (x)dx =1

3

[(1

1−R

)2

+

(1

2−R

)2

+

(1

3−R

)2]

= 1, 4554.

Kat� sunèpeia, qrhsimopoi¸ntac tic timèc twn µ1, θ pou èqoume brei, me

antikat�stash sth sqèsh (39) prokÔptei ìti

C =0,63636 · 0,6111

0,48513 · 1,4554= 0,55079.

Epomènwc, o asumptwtikìc tÔpoc twn Cramer – Lundberg gia thn pijanìthta

qreokopÐac sto sugkekrimèno montèlo eÐnai

ψ(u) ∼= ψCL(u) = 0,55079 · e−0,48513u.

2

67

Page 69: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

8 QreokopÐa me thn pr¸th apozhmÐwsh

Sthn enìthta aut  parousi�zoume ènan tÔpo gia thn pijanìthta qreokopÐac me

thn pr¸th apozhmÐwsh. An to arqikì apojematikì eÐnai Ðso me u, h pijanìthta

aut  sumbolÐzetai me ψ1(u) kai h Prìtash 8.1 pou dÐnetai sth sunèqeia mac

dÐnei ènan aplì tÔpo gia ton upologismì thc. Me b�sh ton tÔpo autì, eÐnai

sqedìn p�nta eÔkolo na brejeÐ analutik� h sun�rthsh ψ1(u). H qrhsimìthta

thc melèthc aut c thc sun�rthshc ègkeitai se dÔo kurÐwc lìgouc:

(a) Se pollèc peript¸seic pou h pijanìthta qreokopÐac (sto dihnekèc) ψ(u)

den eÐnai gnwst , h ψ1(u) mac dÐnei èna k�tw fr�gma gia thn pijanìthta

aut , efìson isqÔei profan¸c ψ1(u) ≤ ψ(u) gia k�je u ≥ 0, all� kai

mÐa eikìna gia to pìso pijanì eÐnai na sumbeÐ ��gr gora>> qreokopÐa se

èna qartoful�kio.

(b) Ac jewr soume ìti o kÐndunoc ton opoÐo exet�zoume antistoiqeÐ se èna

kai mìno gegonìc, to opoÐo eÐnai sp�nio men, all� idiaÐtera katastrofikì,

p.q. ènac seismìc   ènac tuf¸nac meg�lou megèjouc. Sthn perÐptwsh

aut  h katanom  F antistoiqeÐ sth sunolik  zhmi� pou ja prokÔyei gia

thn etaireÐa apì thn pragmatopoÐhsh autoÔ tou gegonìtoc. Tìte mil�me

gia qreokopÐa apì èna zhmiogìno gegonìc.

Prìtash 8.1 Sto klasikì prìtupo, èstw λ h èntash thc anèlixhc Poisson

h opoÐa perigr�fei tic afÐxeic twn apait sewn kai c h èntash tou asfalÐstrou.

Tìte h pijanìthta ψ1(u) na sumbeÐ qreokopÐa me thn pr¸th apozhmÐwsh

(qreokopÐa apì èna gegonìc) isoÔtai me

ψ1(u) =

∫ ∞0

λe−λt [1− F (u+ ct] dt, (45)

ìpou F eÐnai h sun�rthsh katanom c gia to mègejoc miac apozhmÐwshc.

68

Page 70: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

Apìdeixh Gia thn apìdeixh thc prìtashc, parathroÔme arqik� to ex c. An

gnwrÐzoume ìti o qrìnoc mèqri thn pr¸th apaÐthsh eÐnai T1 = t, tìte h

pijanìthta qreokopÐac th stigm  aut  ja isoÔtai me thn pijanìthta to mègejoc

thc pr¸thc apaÐthshc na eÐnai toul�qiston u+ct, ìso kai to pleìnasma ekeÐnh

th stigm . DesmeÔoume loipìn wc proc to qrìno �fixhc thc pr¸thc apaÐthshc

kai qrhsimopoioÔme to nìmo thc olik c pijanìthtac gia suneqeÐc t.m.

Sugkekrimèna, èstw Au to endeqìmeno na sumbeÐ qreokopÐa me thn pr¸th

apozhmÐwsh ìtan to arqikì pleìnasma eÐnai u. Tìte o nìmoc olik c

pijanìthtac mac dÐnei ìti

P (Au) =

∫ ∞0

P (Au|T1 = t)b(t) dt =

∫ ∞0

P (Au|T1 = t)λe−λt dt,

ìpou b(t) = λe−λt eÐnai h sun�rthsh puknìthtac tou qrìnou T1 mèqri thn

pr¸th apaÐthsh.

SÔmfwna me ìsa anafèrjhkan parap�nw, h desmeumènh pijanìthta P (Au|T1 =

t) isoÔtai me

P (X1 > u+ ct) = 1− F (u+ ct),

kai to zhtoÔmeno èpetai. 2

Par�deigma 8.1 'Estw ìti oi apozhmi¸seic akoloujoÔn mÐa katanom  Er-

lang me paramètrouc α = 2, β = 4, en¸ h èntash thc anèlixh Poisson gia tic

afÐxeic twn apait sewn eÐnai λ = 3 kai h èntash tou asfalÐstrou eÐnai c = 2.

Na brejeÐ h pijanìthta na up�rxei qreokopÐa me thn pr¸th apozhmÐwsh, wc

sun�rthsh tou arqikoÔ apojematikoÔ u.

LÔsh H puknìthta thc katanom c twn apozhmi¸sewn eÐnai

f(x) = 16xe−4x, x ≥ 0.

69

Page 71: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

Me paragontik  olokl rwsh, paÐrnoume ìti h our� thc katanom c aut c

dÐnetai apì th sqèsh

F (x) = 1− F (x) =

∫ ∞x

f(y) dy

= (1 + 4x)e−4x.

Antikajist¸ntac to x sthn teleutaÐa sqèsh me to u + 2t, efìson c = 2,

paÐrnoume

F (u+ 2t) = (1 + 4u+ 8t)e−4u−8t.

Epomènwc, h sqèsh (45) mac dÐnei t¸ra

ψ1(u) =

∫ ∞0

3e−3t (1 + 4u+ 8t)e−4u−8tdt

=

∫ ∞0

3e−3t (1 + 4u)e−4u−8tdt+

∫ ∞0

24te−3t e−4u−8tdt

= 3(1 + 4u)e−4u∫ ∞0

e−11tdt+ 24e−4u∫ ∞0

te−11tdt.

To pr¸to olokl rwma isoÔtai profan¸c me 1/11, en¸ to deÔtero olokl rwma

eÐnai h mèsh tim  miac ekjetik c t.m. me par�metro 11, an diairejeÐ me 11.

Sunep¸c, ∫ ∞0

te−11tdt =

(1

11

)2

=1

121

kai t¸ra paÐrnoume apì thn prohgoÔmenh sqèsh gia thn pijanìthta qreokopÐac

me thn pr¸th apozhmÐwsh,

ψ1(u) =3(1 + 4u)

11e−4u +

24

121e−4u =

(57 + 132u

121

)e−4u, u ≥ 0.

H grafik  par�stash thc sun�rthshc ψ1(u), sunart sei tou arqikoÔ apoje-

matikoÔ u, faÐnetai sto Sq ma 6. AxÐzei na shmei¸soume ed¸ ìti, ìpwc eÐnai

70

Page 72: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

Sq ma 6: H pijanìthta qreokopÐac me thn pr¸th apozhmÐwsh sto Par�deigma

8.1.

safèc apì th sqèsh (45) kai se antistoiqÐa me thn pijanìthta qreokopÐac

ψ(u), h sun�rthsh ψ1(u) eÐnai fjÐnousa sun�rthsh tou arqikoÔ apojematikoÔ.

2

Shmei¸noume ìti h sqèsh (45) gia th sun�rthsh ψ1(u) eÐnai idiaÐtera eÔqrhsth

sthn perÐptwsh pou h katanom  F eÐnai suneq c. An h katanom  F eÐnai

diakrit , tìte h antÐstoiqh sun�rthsh katanom c èqei sun jwc kladwt 

morf , dhlad  all�zei tÔpo se k�je shmeÐo sto opoÐo up�rqei jetik  m�za

pijanìthtac. Se mia tètoia perÐptwsh, eÐte diasp�me to olokl rwma sthn

(45) se epimèrouc olokhr¸mata, ètsi ¸ste h F na èqei eniaÐo tÔpo se kajèna

apì aut�, eÐte qrhsimopoioÔme k�poio apeujeÐac epiqeÐrhma (dhlad  qwrÐc na

gÐnetai qr sh thc (45)), ìpwc sto par�deigma pou akoloujeÐ.

71

Page 73: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

Par�deigma 8.2 Sto klasikì upìdeigma, jewroÔme ìti ìlec oi apozhmi¸seic

X1, X2, . . . , mporoÔn na p�roun mìno mÐa tim , Xi = 4, en¸ gnwrÐzoume ìti gia

to qrìno anamon c T1 mèqri thn pr¸th apozhmÐwsh isqÔei Pr(T1 > t) = e−t/2

gia t ≥ 0. An h èntash tou asfalÐstrou eÐnai c = 3, na brejeÐ h el�qisth tim 

tou arqikoÔ apojematikoÔ gia thn opoÐa h pijanìthta na sumbeÐ qreokopÐa me

thn pr¸th apozhmÐwsh eÐnai to polÔ Ðsh me 0,02.

LÔsh 'Estw T1 o qrìnoc �fixhc thc pr¸thc apaÐthshc. 'Opwc anafèrjhke kai

sto prohgoÔmeno par�deigma, h katanom  autoÔ tou qrìnou eÐnai h ekjetik 

kai, efìson dÐnetai ìti

P (T1 > t) = e−t/2, t ≥ 0

prokÔptei ìti h par�metroc thc ekjetik c eÐnai λ = 1/2.

SÔmfwna me tic upojèseic tou paradeÐgmatoc, to pleìnasma th qronik  stigm 

T1, amèswc met� thn plhrwm  thc pr¸thc apaÐthshc, isoÔtai me

U(T1) = u+ 3T1 − 4.

Sunep¸c, h pijanìthta na up�rxei qreokopÐa me thn pr¸th apaÐthsh ìtan to

arqikì apojematikì eÐnai u, isoÔtai me

ψ1(u) = P (u+ 3T1 − 4 < 0) = P

(T1 <

4− u3

).

Efìson h katanom  tou qrìnou T1 eÐnai Exp(1/2), prokÔptei ìti gia k�je

y ≥ 0,

P (T1 < y) = 1− e−y/2.

Zht�me thn (el�qisth) tim  tou u gia thn opoÐa isqÔei ψ1(u) ≤ 0,02. Apì tic

dÔo teleutaÐec sqèseic prokÔptei t¸ra ìti to arqikì apojematikì u ja prèpei

na ikanopoieÐ th sqèsh

1− e−(4−u)/6 ≤ 0,02,

72

Page 74: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

LÔnontac thn anÐswsh aut , paÐrnoume arqik�

u− 4

6≥ ln(0,98),

apì ìpou prokÔptei telik� ìti ja prèpei na isqÔei h sqèsh

u ≥ 4 + 6 · ln(0,98) ∼= 3,8788,

dhlad  h zhtoÔmenh el�qisth tim  tou arqikoÔ apojematikoÔ eÐnai perÐpou

3,88 (profan¸c ed¸ to arqikì apojematikì ekfr�zetai stic Ðdiec qrhmatikèc

mon�dec me to Ôyoc twn apozhmi¸sewn). 2

73

Page 75: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

9 K�poiec tuqaÐec metablhtèc sqetikèc me

thn pijanìthta qreokopÐac

JumÐzoume ìti h anèlixh pleon�smatoc dÐnetai apì th sqèsh

U(t) = u+ ct−N(t)∑i=1

Xi, t ≥ 0.

O qrìnoc thc qreokopÐac eÐnai h qronik  stigm  pou to pleìnasma

gÐnetai gia pr¸th for� arnhtikì (opìte sthn ousÐa prìkeitai gia èlleimma).

Majhmatik�, autì orÐzetai wc ex c :

T =

inf{t : U(t) < 0}

∞ an U(t) > 0 ∀t

Me b�sh ton orismì autì, blèpoume ìti qrìnoc thc qreokopÐac eÐnai mÐa

elleimmatik  tuqaÐa metablht , giatÐ mporeÐ me jetik  pijanìthta na p�rei

thn tim  �peiro, dhlad 

P (T <∞) < 1   P (T =∞) > 0

Autì sumbaÐnei giatÐ ìtan isqÔei c > λµ1, h etaireÐa mporeÐ na mhn qreokop sei

potè. EpÐshc, isqÔei h sqèsh

P (T =∞) = P (U(t) > 0 ∀t) = 1− ψ(u) = δ(u).

Apì thn parap�nw sqèsh, all� kai diaisjhtik�, eÐnai profanèc ìti h katanom 

tou qrìnou qreokopÐac T , exart�tai apì thn tim  tou arqikoÔ apojematikoÔ

u. Sunep¸c, ènac plhrèsteroc sumbolismìc gia to qrìno qreokopÐac ja  tan

Tu = inf{t : U(t) < 0|U(0) = u}

me Tu = ∞ kai p�li, an de sumbeÐ qreokopÐa. Sun jwc p�ntwc ìtan mil�me

gia to qrìno qreokopÐac h tim  tou arqikoÔ apojematikoÔ eÐnai gnwst , opìte

qrhsimopoieÐtai o sumbolismìc T antÐ tou (orjìterou) Tu.

74

Page 76: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

'Ena �llo er¸thma me endiafèron gia ton asfalist  eÐnai, sthn perÐptwsh

pou ja sumbeÐ h qreokopÐa, poiì ja eÐnai to èlleimma th stigm  thc

qreokopÐac. Epeid  to pleìnasma th qronik  stigm  t dhl¸netai me U(t),

to èlleimma autì ja isoÔtai me U(T ), to opoÐo anagkastik� ja paÐrnei mÐa

arnhtik  tim . Sun jwc exet�zoume to èlleimma autì kat' apìluth tim , opìte

orÐzoume thn t.m. −U(T ) pou dhl¸nei thn oxÔthta thc qreokopÐac, dhlad  to

mègejoc thc pt¸shc tou pleon�smatoc k�tw apì to mhdèn.

MÐa sunaf c t.m. eÐnai to pleìnasma prin th qreokopÐa, to opoÐo

orÐzetai apì th sqèsh

U(T−) = limt→T−

U(t).

Dhlad  to U(T−), to opoÐo paÐrnei jetikèc timèc, dhl¸nei to mègejoc tou

pleon�smatoc amèswc prin plhrwjeÐ apì ton asfalist  h apozhmÐwsh h

opoÐa prokaleÐ qreokopÐa. To Sq ma 7 parousi�zei grafik� tic metablhtèc

T, U(T−), U(T ) sto klasikì montèlo.

75

Page 77: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

6

-

u

U(t)

t

���������

���������

���

���������

������

���

������

���������

���������

TuU(T )

U(T−)

ss

Sq ma 7. O qrìnoc qreokopÐac, to pleìnasma prin th qreokopÐa kai to

èlleimma th stigm  thc qreokopÐac sto klasikì montèlo.

Tèloc, mÐa �llh metablht  h opoÐa ìpwc ja doÔme parousi�zei meg�lo

endiafèron eÐnai to mègejoc thc pt¸shc tou pleon�smatoc k�tw

apì to arqikì apojematikì u.

H metablht  aut  sumbolÐzetai me L1 kai paÐrnei jetikèc timèc, efìson

exet�zoume kai p�li thn pt¸sh tou pleon�smatoc kat' apìluth tim . An den

up�rxei pt¸sh tou pleon�smatoc k�tw apì to arqikì apojematikì (k�ti pou

mporeÐ na sumbeÐ me jetik  pijanìthta, Ðsh me δ(0)) tìte jètoume L1 = 0.

'Estw t¸ra ìti h pr¸th pt¸sh tou pleon�smatoc k�tw apì thn tim  u

sumbaÐnei th qronik  stigm  t1 kai to pleìnasma th stigm  aut  eÐnai u1 =

U(t1). Tìte h tim  pou paÐrnei h tuqaÐa metablht  L1 eÐnai L1 = u − u1.

76

Page 78: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

Sth sunèqeia mporoÔme na orÐsoume, kat� antistoiqÐa me thn L1, mÐa tuqaÐa

metablht  L2 h opoÐa mac dÐnei thn pr¸th pt¸sh tou pleon�smatoc k�tw apì

thn tim  u1. H pijanìthta na up�rxei pt¸sh tou pleon�smatoc k�tw apì to

u1, ìtan to arqikì apojematikì eÐnai u1, isoÔtai kai p�li me ψ(0), en¸ ìtan

to pleìnasma gia pr¸th for� pèsei k�tw apì to u1 p�rei tim  u2, tìte h t.m.

L2 paÐrnei tim  L2 = u1 − u2.

Me ton Ðdio trìpo mporoÔme na orÐsoume epagwgik� mÐa akoloujÐa L1, L2, L3, . . ..

H akoloujÐa aut  jewroÔme ìti eÐnai peperasmènh ìtan oi timèc thc eÐnai

mhdenikèc apì k�poio shmeÐo kai met�, dhlad  ìtan ÐsqÔei Lj = 0 gia

j = i, i + 1, . . .. Sunep¸c, mÐa er¸thsh me endiafèron eÐnai an o arijmìc

twn metablht¸n Lj pou paÐrnoun mh mhdenik  tim  eÐnai peperasmènoc (me

pijanìthta èna). H ap�nthsh sthn er¸thsh aut  eÐnai katafatik , wc

apìrroia thc sunj khc (8). Sugkekrimèna, h sunj kh aut  exasfalÐzei

ìti, anex�rthta apì to an ja sumbeÐ qreokopÐa, to pleìnasma apì k�poio

qronikì shmeÐo kai Ôstera ja aux�netai (U(t) → ∞ kaj¸c t → ∞), �ra

den mporeÐ h anèlixh pleon�smatoc na parousi�zei �peiro arijmì elaqÐstwn.

MÐa �llh onomasÐa pou qrhsimopoieÐtai gia tic metablhtèc L1, L2, L3, . . .

eÐnai ta klimakwt� Ôyh2 (ladder heights) pou sundèontai me thn anèlixh

{U(t) : t ≥ 0}. Oi metablhtèc autèc parousi�zoun th stadiak  pt¸sh tou

pleon�smatoc apì thn arqik  tim  u èwc th stigm  thc qreokopÐac  , an de

sumbeÐ qreokopÐa, èwc thn el�qisth tim  pou paÐrnei h anèlixh {U(t) : t ≥ 0}.

Efìson, ìpwc anafèrjhke, to pl joc twn klimakwt¸n uy¸n eÐnai peperasmèno

me pijanìthta èna, orÐzoume mÐa tuqaÐa metablht  h opoÐa sumbolÐzetai me

K kai dhl¸nei to pl joc twn klimakwt¸n uy¸n, dhlad  to pl joc

twn metablht¸n Li (oi opoÐec paÐrnoun gnhsÐwc jetik  tim ) se mÐa anèlixh

pleon�smatoc. EÐnai safèc ìti h metablht  K eÐnai diakrit , efìson paÐrnei

akèraiec kai mh arnhtikèc timèc. Epiplèon, me b�sh ta parap�nw, eÐnai eÔkolo

2Μία ακριβέστερη ονομασία είναι τα καθοδικά κλιμακωτά ύψη (descending ladder heights),

εφόσον μπορεί κάποιος να ορίσει και τις αντίστοιχες μεταβλητές για την υπέρβαση του

πλεονάσματος (ανοδικά κλιμακωτά ύψη), οι οποίες όμως δεν θα μας απασχολήσουν εδώ.

77

Page 79: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

na doÔme ìti h K akoloujeÐ th gewmetrik  katanom . Sugkekrimèna, k�je

for� pou emfanÐzetai èna el�qisto sthn anèlixh pleon�smatoc, dhlad  k�je

for� pou prokÔptei èna kainoÔrio Li, h pijanìthta na up�rxei kai nèa pt¸sh

(dhlad  na emfanisteÐ to Li+1) isoÔtai me ψ(0). Sunep¸c, an jewr soume

��apotuqÐa>> thn emf�nish enìc Li, dhlad  miac pt¸shc k�tw apì to arqikì

apojematikì, h metablht  K metr� ton arijmì apotuqi¸n mèqri thn pr¸th

epituqÐa kai h katanom  thc dÐnetai apì th sqèsh

P (K = k) = [ψ(0)]k δ(0), k = 0, 1, 2, . . .

Efìson gnwrÐzoume ìti ψ(0) = 1/(1+θ), h sqèsh mporeÐ na grafeÐ isodÔnama

P (K = k) =

(1

1 + θ

)kθ

1 + θ.

Mègisth swreutik  ap¸leia

Sto klasikì montèlo, an jewr soume th sÔnjeth t.m.

L = L1 + L2 + . . .+ LK =K∑i=1

Li (L = 0 ìtan K = 0)

tìte blèpoume ìti h L parist�nei th sunolik  pt¸sh tou pleon�smatoc k�tw

apì to arqikì apojematikì u. H L onom�zetai mègisth swreutik  ap¸leia kai

h katanom  thc, ìpwc ja doÔme, sundèetai me thn pijanìthta qreokopÐac.

Arqik�, parathroÔme ìti h katanom  thc L eÐnai meikt . Sugkekrimèna, h L

mporeÐ na p�rei thn tim  mhdèn me jetik  pijanìthta, en¸ h katanom  thc

sto (0,∞) eÐnai suneq c. Sth sunèqeia, blèpoume ìti efìson h metablht 

K akoloujeÐ gewmetrik  katanom , h katanom  thc L ja eÐnai sÔnjeth

gewmetrik .

H pijanìthta h L na p�rei thn tim  mhdèn eÐnai

P (L = 0) = P (K = 0) = δ(0).

78

Page 80: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

'Estw t¸ra u > 0. ParathroÔme ìti h posìthta P (L > u) ekfr�zei thn

pijanìthta h sunolik  pt¸sh tou pleon�smatoc na uperbaÐnei mÐa stajer 

tim  u. All� aut  eÐnai Ðdia me thn pijanìthta qreokopÐac ìtan to arqikì

apojematikì eÐnai u, dhlad  isqÔei

P (L > u) = ψ(u)

opìte èqoume epÐshc P (L ≤ u) = δ(u).

H mègisth swreutik  ap¸leia, L, kai oi pt¸seic tou pleon�smatoc Li

parist�nontai grafik� sto Sq ma 8.

u

T

u1

u2

u3

u4

L1

L2

L3

L4t1 t2 t3

L

t

UHtL

Sq ma 8: Grafik  par�stash twn metablht¸n Li kai thc mègisthc swreutik c

ap¸leiac L sthn anèlixh tou pleon�smatoc.

Par�deigma

Exet�zoume t¸ra èna aplì par�deigma gia na exhg soume th qr sh twn

di�forwn metablht¸n pou orÐsthkan parap�nw.

79

Page 81: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

Se èna klasikì montèlo o asfalist c qrhsimopoieÐ arqikì apojematikì u =

10, en¸ h èntash twn asfalÐstrwn eÐnai c = 1. Oi endi�mesoi qrìnoi twn

apozhmi¸sewn pou parathr jhkan mèqri th qronik  stigm  t = 30 eÐnai T1 =

3, T2 = 8, T3 = 10, T4 = 2, T5 = 7 kai oi antÐstoiqec apozhmi¸seic eÐnai

4, 11, 9, 5, 16.

(a) na apodeiqteÐ ìti o qrìnoc thc qreokopÐac eÐnai T = 30 kai na brejeÐ to

èlleimma th stigm  thc qreokopÐac, −U(T ).

(b) Na brejeÐ to pleìnasma prin th qreokopÐa, U(T−), kai oi timèc twn

L1, L2, . . . kaj¸c kai thc mègisthc swreutik c ap¸leiac L.

(g) Na ektimhjeÐ to perij¸rio asf�leiac θ. TÐ sumper�smata bg�zoume;

LÔsh

(a) UpologÐzoume to pleìnasma met� thn k�je apozhmÐwsh. Th stigm  prin

thn pr¸th apozhmÐwsh, to pleìnasma eÐnai u + cT1 = 13. Met� thn pr¸th

apozhmÐwsh, to pleìnasma eÐnai u+ cT1 −X1 = 13− 4 = 9.

Met� th deÔterh apozhmÐwsh, to pleìnasma eÐnai 9 + 8 − 11 = 6. Met� thn

trÐth apozhmÐwsh, gÐnetai 6 + 10 − 9 = 7. Met� thn tètarth, h tim  tou

pleon�smatoc eÐnai 7 + 2 − 5 = 4, en¸ met� kai thn pèmpth apozhmÐwsh, h

tim  tou pleon�smatoc eÐnai 4 + 7− 16 = −5, dhlad  gÐnetai gia pr¸th for�

arnhtik , epomènwc T = 30. EpÐshc, parathroÔme ìti −U(T ) = 5.

(b) To pleìnasma prin thn 5h apozhmÐwsh (dhlad  aut n pou prokaleÐ

qreokopÐa) eÐnai U(T−) = 11. Oi timèc twn Li eÐnai

L1 = 10− 9 = 1

L2 = 9− 6 = 3

L3 = 6− 4 = 2

L4 = 4− (−5) = 9

�ra h mègisth swreutik  ap¸leia, h opoÐa eÐnai to �jroisma twn parap�nw

80

Page 82: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

posot twn, isoÔtai me L = 15.

(g) To θ orÐzetai apì th sqèsh

θ =c

λµ1

− 1

ìpou to c eÐnai gnwstì kai ta λ, µ1 prèpei na ektimhjoÔn. H ektÐmhsh gia to

µ1 eÐnai h deigmatik  mèsh tim ,

p1 =4 + 11 + 9 + 5 + 16

5= 9

en¸ o mèsoc endi�mesoc qrìnoc sta dedomèna eÐnai

3 + 8 + 10 + 2 + 7

5= 6.

Efìson sto klasikì montèlo oi endi�mesoi qrìnoi akoloujoÔn thn ekjetik 

katanom , h tim  6 parap�nw ektim� ton antÐstrofo thc paramètrou λ. 'Ara

telik�,

λ =1

6Prosèxte ìti me b�sh tic parap�nw ektim seic paÐrnw gia to perij¸rio

asf�leiac

θ =c

λp1− 1 =

196

− 1 =6

9− 1 = −1

3< 0,

dhlad  h ektÐmhsh gia to perij¸rio asfaleÐac eÐnai arnhtik  (se èna tètoio

montèlo, h qreokopÐa eÐnai bèbaih).

'Ena �llo prìblhma sto montèlo ed¸ eÐnai ìti h tim  tou arqikoÔ apoje-

matikoÔ, u = 10, eÐnai mikr  sqetik� me th mèsh apozhmÐwsh (p1 = 9), opìte mÐa

meg�lh apozhmÐwsh eÐnai logikì na prokalèsei qreokopÐa se sÔntomo qronikì

di�sthma.

Upologismìc thc ropogenn triac thc L

Epeid  h L eÐnai mÐa sÔnjeth t.m., apì ton orismì thc kai me b�sh tic idiìthtec

twn ropogennhtri¸n paÐrnoume th sqèsh

81

Page 83: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

ML(r) = MK (lnMLi(r)) . (46)

BrÐskoume pr¸ta th ropogenn tria thc metablht cK, dhlad  thc gewmetrik c

katanom c efìson

P (K = k) = [ψ(0)]k δ(0) k = 0, 1, 2, . . .

H ropogenn tria thc K eÐnai

MK(r) = E(erK) =∞∑k=0

P (K = k)erk

=∞∑k=0

[ψ(0)]k erkδ(0)

=∞∑k=0

[ψ(0)er]k δ(0).

H seir� sugklÐnei gia ìla ta r ètsi ¸ste ψ(0)er < 1,   isodÔnama r <

ln(c/λµ1). Gia ìlec autèc tic timèc tou r, to �jroisma∞∑k=0

[ψ(0)er]k isoÔtai

me (1− ψ(0)er)−1, opìte apì thn teleutaÐa sqèsh paÐrnoume

MK(r) = E(erK) =δ(0)

1− ψ(0)er.

EpÐshc, gnwrÐzoume ìti

ψ(0) = 1− δ(0) = 1/(1 + θ),

epomènwc me antikat�stash sthn (46) prokÔptei

ML(r) =θ

1+θ

1− 11+θ

MLi(r)=

θ

(1 + θ)−MLi(r).

Anafèroume sth sunèqeia èna shmantikì apotèlesma pou mac dÐnei thn

katanom  thc pt¸shc tou pleon�smatoc L1, ìtan gnwrÐzoume ìti ja up�rxei

mÐa tètoia pt¸sh, dhlad  L1 6= 0.

82

Page 84: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

Prìtash 9.1 Sto klasikì montèlo, ìtan up�rqei pt¸sh tou pleon�smatoc,

h t.m. L1 akoloujeÐ mÐa suneq  katanom  me puknìthta1

µ1

[1− F (x)], dhlad 

P (L1 ≤ x) =

∫ x

0

1

µ1

[1− F (t)] dt.

Parathr seic

(a) Prosèxte ìti h sun�rthsh sto dexiì mèloc thc teleutaÐac sqèshc eÐnai h

sun�rthsh katanom c H pou qrhsimopoi same sthn ananewtik  exÐswsh gia

thn pijanìthta qreokopÐac.

(b) 'Eqei endiafèron ìti h katanom  tou klimakwtoÔ Ôyouc L1 den exart�tai

apì to arqikì apojematikì u.

(g) An gnwrÐzoume ìti ja up�rxei kai deÔterh pt¸sh tou pleon�smatoc, dhlad 

L2 6= 0, tìte eÐnai eÔkolo na dei kaneÐc ìti h (desmeumènh) katanom  thc L2 eÐnai

h Ðdia me aut n thc L1, dhlad  aut  pou dÐnetai sthn prìtash. Genikìtera, an

eÐnai gnwstì ìti up�rqoun k pt¸seic tou pleon�smatoc, tìte oi L1, L2, . . . , Lk

eÐnai anex�rthtec kai isìnomec tuqaÐec metablhtèc. 2

Me b�sh thn Prìtash 9.1 mporoÔme t¸ra na apodeÐxoume ta ex c trÐa

porÐsmata.

Pìrisma 9.1 An MX(r) eÐnai h ropogenn tria twn apozhmi¸sewn, tìte

isqÔei ìti

ML1(r) =1

µ1r(MX(r)− 1) . (47)

Apìdeixh 'Estw fL1 h puknìthta thc L1. Tìte, qrhsimopoi¸ntac thn

parap�nw prìtash, èqoume

ML1(r) =

∫ ∞0

erxfL1(x)dx

=

∫ ∞0

erx

µ1

[1− F (x)] dx

83

Page 85: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

Me paragontik  olokl rwsh paÐrnoume

ML1(r) =1

r

erx

µ1

[1− F (x)]

∣∣∣∣∞0

+

∫ ∞0

1

r· e

rx

µ1

f(x)dx

= − 1

rµ1

+1

rµ1

MX(r).

Pìrisma 9.2 An h katanom  twn apozhmi¸sewn eÐnai Exp(β), tìte h

metablht  L1 akoloujeÐ epÐshc thn ekjetik  katanom  me thn Ðdia par�metro.

Apìdeixh Gia thn katanom  thc metablht c L1, èqoume

P (L1 ≤ x) =

∫ x

0

1

µ1

[1− F (t)] dt = β

∫ x

0

e−βtdt = β

[1

β− 1

βe−βx

]�ra,

P (L1 ≤ x) = 1− e−βx

to opoÐo deÐqnei ìti L1 ∼ Exp(β). 2

Pìrisma 9.3 'Otan to arqikì apojematikì eÐnai u = 0, tìte h katanom  pou

èqei to èlleimma th stigm  thc qreokopÐac, dojèntoc ìti ja sumbeÐ qreokopÐa,

eÐnai h katanom  H. Dhlad  isqÔei ìti

P (|U(T )| ≤ x|T <∞, U(0) = 0) = H(u) =1

µ1

∫ x

0

(1− F (y))dy.

Apìdeixh H apìdeixh eÐnai profan c efìson gia arqikì apojematikì u = 0, h

desmeumènh katanom  tou elleÐmmatoc an gnwrÐzoume ìti ja sumbeÐ qreokopÐa

sumpÐptei me thn katanom  thc metablht c L1, pou dhl¸nei to mègejoc thc

pt¸shc k�tw apì to arqikì apojematikì. 2

Sth sunèqeia anafèroume èna apotèlesma to opoÐo eÐnai genikìtero apì to

Pìrisma 9.3 parap�nw kai mac dÐnei thn apì koinoÔ katanom  tou pleon�smatoc

prin th qreokopÐa, U(T−) kai tou elleÐmatoc th stigm  thc qreokopÐac, |U(T )|gia arqikì apojematikì u = 0. H apìdeixh autoÔ tou apotelèsmatoc eÐnai

arket� dÔskolh kai gi' autì paraleÐpetai.

84

Page 86: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

Prìtash 9.2 'Estw h(x, y|0) h apì koinoÔ sun�rthsh puknìthtac thc

katanom c twn metablht¸n U(T−), |U(T )| sto klasikì montèlo ìtan h tim 

tou arqikoÔ apojematikoÔ u = 0. Tìte gia k�je x, y ≥ 0 h h(x, y|0) dÐnetai

apì th sqèsh

h(x, y|0) =λ

cf(x+ y). (48)

MÐa basik  parat rhsh sthn parap�nw prìtash eÐnai ìti h apì koinoÔ

puknìthta twn dÔo metablht¸n, h(x, y|0), eÐnai summetrik  wc proc x, y.

Epiplèon, apì ton tÔpo thc puknìthtac eÐnai safèc ìti h puknìthta aut 

sto shmeÐo (x, y) den exart�tai apì tic akribeÐc timèc twn x kai y, par�

mìno apì to �jroism� touc, x + y. EpÐshc, me b�sh ta parap�nw, blèpoume

ìti h perij¸ria puknìthta thc metablht c U(T−) eÐnai Ðdia me aut n thc

|U(T )|. Oloklhr¸nontac, p.q., thn (48) wc proc y, blèpoume ìti h perij¸ria

puknìthta tou pleon�smatoc prin th qreokopÐa, èstw h1(x|0), eÐnai

h1(x|0) =

∫ ∞0

λ

cf(x+ y)dy =

λ

c[1− F (x)] .

AntÐstoiqa,   lìgw summetrÐac, blèpoume ìti h perij¸ria puknìthta tou

elleÐmatoc th stigm  thc qreokopÐac, èstw h2(y|0), eÐnai

h2(y|0) =

∫ ∞0

λ

cf(x+ y)dx =

λ

c[1− F (y)] . (49)

Parat rhsh Apì pr¸th �poyh, h teleutaÐa sqèsh faÐnetai na mh sumfwneÐ

me to apotèlesma tou PorÐsmatoc 9.3 parap�nw. H diafor� eÐnai ìti sto

Pìrisma 9.3 anaferìmaste sth desmeumènh katanom  tou elleÐmmatoc, en¸

h puknìthta sthn (49) eÐnai mÐa elleimmatik  puknìthta, efìson∫ ∞0

h2(y|0)dy =λ

c

∫ ∞0

[1− F (y)] dy =λµ1

c< 1.

An desmeÔsoume wc proc to gegonìc ìti sumbaÐnei qreokopÐa gia u = 0, dhlad 

an diairèsoume thn (elleimmatik ) puknìthta sth sqèsh (49) me ψ(0), tìte

85

Page 87: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

(efìson gnwrÐzoume ìti ψ(0) = λµ1/c) prokÔptei ìti h desmeumènh puknìthta

tou elleÐmmatoc th stigm  thc qreokopÐac eÐnai h

h2(y|0)

ψ(0)=λc−1 [1− F (y)]

λµ1c−1,

kai t¸ra eÐnai profanèc ìti h teleutaÐa sqèsh sumfwneÐ me to apotèlesma tou

PorÐsmatoc 9.3, ìpwc  tan anamenìmeno.

10 Akrib c upologismìc thc pijanìthtac

qreokopÐac

O akrib c upologismìc thc pijanìthtac qreokopÐac den eÐnai p�nta efiktìc,

par� mìno se k�poiec sugkekrimènec peript¸seic ìson afor� thn katanom  twn

apozhmi¸sewn. DÐnoume sthn enìthta aut  ton akrib  tÔpo gia th sun�rthsh

ψ(u) gia dÔo eidikèc peript¸seic thc katanom c F twn apozhmi¸sewn.

Sugkekrimèna, ìtan h F eÐnai

• ekjetik 

• meÐxh ekjetik¸n katanom¸n

An�mesa stic di�forec mejìdouc gia ton upologismì thc ψ(u) pou up�r-

qoun gia tic peript¸seic autèc, anafèroume mÐa mèjodo pou qrhsimopoieÐ

ropogenn triec. Sugkekrimèna, upologÐzoume th ropogenn tria thc mègisthc

swreutik c ap¸leiac L, h katanom  thc opoÐac, ìpwc èqoume dei, èqei our�

ψ(u).

DeÐxame parap�nw ìti

ML(r) =θ

1+θ

1− 11+θ

ML1(r)=

θ

(1 + θ)−ML1(r)(50)

86

Page 88: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

Antikajist¸ntac th ropogenn tria thc L1 apì thn (47) paÐrnoume

ML(r) =θ

(1 + θ)− 1µ1r

(MX(r)− 1)

=θµ1r

(1 + θ)µ1r −MX(r) + 1.

JumÐzoume ìti h katanom  thc tuqaÐac metablht c L apoteleÐtai apì èna

diakritì tm ma sto mhdèn, megèjouc θ/(1 + θ), to opoÐo ekfr�zei thn

pijanìthta to pleìnasma na mhn pèsei potè k�tw apì to arqikì apojematikì

u, kai èna suneqèc tm ma sto (0,∞). Epeid  h ropogenn tria pou antistoiqeÐ

sto diakritì tm ma (ìpwc deÐqnetai eÔkola) isoÔtai me θ/(1+θ), prosjètoume

kai afairoÔme ton ìro autì sto dexiì mèloc thc teleutaÐac sqèshc ¸ste na

diaqwrÐsoume to diakritì tm ma apì to suneqèc.

Me ton trìpo autì apì thn teleutaÐa sqèsh paÐrnoume

ML(r) =θ

1 + θ+

θµ1r

(1 + θ)µ1r −MX(r) + 1− θ

1 + θ.(1 + θ)µ1r −MX(r) + 1

(1 + θ)µ1r −MX(r) + 1

1 + θ+

θ [MX(r)− 1]

(1 + θ) [(1 + θ)µ1r −MX(r) + 1]. (51)

Shmei¸noume ìti h sqèsh (51), all� kai h sqèsh (50), mporoÔn na qrhsimopoi-

hjoÔn gia ton upologismì thc ropogenn triac (efìson fusik� aut  up�rqei)

kai me b�sh aut , na broÔme thn katanom  thc mègisthc swreutik c ap¸leiac

L, dhlad  th sun�rthsh δ(u), ìpwc anafèrjhke parap�nw.

Epomènwc h eukolÐa   mh tou upologismoÔ miac akriboÔc sqèshc gia thn

pijanìthta qreokopÐac exart�tai apì thn eukolÐa me thn opoÐa mporoÔme na

anagnwrÐsoume k�poia gnwst  katanom  thc opoÐa h ropogenn tria dÐnetai

apì to deÔtero ìro sto dexiì mèloc thc (51). Sth sunèqeia, anafèroume dÔo

peript¸seic ìpou autì eÐnai efiktì, ìtan h katanom  twn apozhmi¸sewn eÐnai

ekjetik    grammikìc sunduasmìc ekjetik¸n katanom¸n.

H pr¸th perÐptwsh pou exet�zetai afor� to klasikì montèlo ìtan oi

apozhmi¸seic akoloujoÔn thn ekjetik  katanom .

87

Page 89: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

10.1 H pijanìthta qreokopÐac gia ekjetikèc apozh-

mi¸seic

'Estw ìti h katanom  twn apozhmi¸sewn eÐnai ekjetik  me par�metro β. H

ropogenn tria twn apozhmi¸sewn eÐnai

MX(r) =β

β − r, r < β

(gia r ≥ β h ropogenn tria den up�rqei). DeÐxame sto Pìrisma 9.2 ìti h

katanom  thc t.m. L1 eÐnai epÐshc ekjetik  me thn Ðdia par�metro. Epomènwc,

apì thn (50) paÐrnoume

ML(r) =θ

1 + θ − ββ−r

, gia r < β.

GnwrÐzoume ìti h katanom  thc L èqei m�za sto shmeÐo mhdèn kai h m�za aut 

eÐnai δ(0) = θ/(1 + θ), en¸ eÐnai suneq c sto di�sthma (0,∞). Me b�sh autì,

gr�foume th ropogenn tria thc L wc ex c:

ML(r) =θ

1 + θ+

θ

1 + θ − ββ−r− θ

1 + θ

1 + θ+

θ(β − r)(1 + θ)(β − r)− β

− θ

1 + θ.(1 + θ)(β − r)− β(1 + θ)(β − r)− β

1 + θ+

(1 + θ)θ(β − r)− θ [(1 + θ)(β − r)− β]

(1 + θ) [(1 + θ)(β − r)− β].

K�nontac pr�xeic se arijmht  kai paronomast  kai bg�zontac koinì par�gonta

sto deÔtero ìro ton 1/(1 + θ), paÐrnoume

ML(r) =θ

1 + θ+

1

1 + θ.

[(1 + θ)θ(β − r)− θ [β + θβ − r − rθ − β]

β + βθ − r − rθ − β

]=

θ

1 + θ+

1

1 + θ.

[(1 + θ)(θβ − θr)− θ2β + rθ + rθ2

θβ − r(1 + θ)

].

88

Page 90: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

K�nontac t¸ra tic pr�xeic ston arijmht  mèsa sto kl�sma blèpoume ìti

o arijmht c isoÔtai me θβ, kaj¸c ìloi oi upìloipoi ìroi aplopoioÔntai.

Sunep¸c,

ML(r) =θ

1 + θ+

1

1 + θ.

θβ

θβ − r(1 + θ).

Diair¸ntac arijmht  kai paronomast  sto teleutaÐo kl�sma me 1 + θ, èqoume

ML(r) =θ

1 + θ+

1

1 + θ.

θβ1+θ

θβ1+θ− r

.

ParathroÔme dhlad  ìti h katanom  thc L èqei èna diakritì komm�ti sto mhdèn,

ìpwc anamenìtan, en¸ sto suneqèc tm ma anagnwrÐzoume th ropogenn tria thc

ekjetik c katanom c Exp

(θβ

1 + θ

)pollaplasiasmènh me ton ìro 1/(1 + θ).

O ìroc autìc emfanÐzetai ètsi ¸ste h sunolik  pijanìthta pou antistoiqeÐ

sthn katanom  na isoÔtai me th mon�da.

Me b�sh ta parap�nw, sumperaÐnoume ìti h katanom  thc t.m. L èqei puknìthta

sto (0,∞)1

1 + θ.θβ

1 + θe−

θβ1+θ

x, x ∈ (0,∞)

Apì prohgoÔmeno par�deigma (Par�deigma 7.1) èqoume dei ìti h posìthta

θβ/(1+θ) eÐnai o suntelest c prosarmog c sto klasikì montèlo ìtan

oi apozhmi¸seic eÐnai ekjetikèc, dhlad 

R =θβ

1 + θ.

H pijanìthta qreokopÐac, pou eÐnai h our� thc katanom c thc L, eÐnai

ψ(u) = P (L > u) =1

1 + θe−

θβ1+θ

u.

Epeid 

ψ(0) =1

1 + θ,

h pijanìthta qreokopÐac gia ekjetikèc apozhmi¸seic gr�fetai

ψ(u) =1

1 + θe−Ru = ψ(0)e−Ru. (52)

89

Page 91: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

Parathr seic

1. H anisìthta tou Lundberg dÐnei ψ(u) ≤ e−Ru, en¸ gia ekjetikèc

apozhmi¸seic o akrib c tÔpoc eÐnai ψ(u) = ψ(0)e−Ru. 'Ara, h

prosèggish eÐnai kalÔterh ìtan to ψ(0) eÐnai kont� sth mon�da, dhlad 

ìtan to θ paÐrnei mikrèc timèc.

2. Gia katanomèc gia tic opoÐec up�rqei to R, isqÔei o asumptwtikìc

tÔpoc ψ(u) ∼ Ce−Ru, dhlad  limu→∞

ψ(u)/e−Ru = C, ìpou h stajer�

C upologÐzetai apì th sqèsh

C =θµ1

R∫∞0xeRxF (x)dx

.

BrÐskoume t¸ra thn tim  thc C sthn perÐptwsh pou h katanom  twn

apozhmi¸sewn eÐnai ekjetik  me par�metro β. Sugkekrimèna, sthn

perÐptwsh aut  o tÔpoc dÐnei

C =θ/β(

θβ∫∞0xeRxF (x)dx

)/(1 + θ)

=1 + θ

β2∫∞0xeRxF (x)dx

(53)

UpologÐzoume sth sunèqeia to olokl rwma ston paronomast . EÐnai

F (x) = e−βx, opìte paÐrnoume∫ ∞0

xeRxF (x)dx =

∫ ∞0

xe−(β−R)xdx

All�

β −R = β − βθ

1 + θ=

β

1 + θ,

sunep¸c to olokl rwma isoÔtai me∫ ∞0

xeRxF (x)dx =

∫ ∞0

xe−βx/(1+θ)dx =1 + θ

β

∫ ∞0

1 + θe−βx/(1+θ)dx,

90

Page 92: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

ìpou pollaplasi�same kai diairèsame me ton ìro β/(1 + θ), ètsi ¸ste

mèsa sto olokl rwma na sqhmatisteÐ h mèsh tim  miac Exp(β/(1 + θ))

katanom c. Epeid  h mèsh tim  thc ekjetik c eÐnai o antÐstrofoc thc

paramètrou, to olokl rwma sthn teleutaÐa sqèsh isoÔtai me (1 + θ)/β,

sunep¸c deÐxame telik� ìti∫ ∞0

xeRxF (x)dx =

(1 + θ

β

)2

.

'Ara, me antikat�stash sthn (53) blèpoume telik� ìti sthn perÐptwsh

twn ekjetik¸n apozhmi¸sewn h tim  thc stajer�c C isoÔtai me

C =1 + θ

β2 [(1 + θ)/β]2=

1

1 + θ.

Diapist¸noume sunep¸c ìti o tÔpoc twn Cramer – Lundberg eÐnai

akrib c (ìqi apl� asumptwtikìc) gia thn pijanìthta qreokopÐac ìtan

oi apozhmi¸seic eÐnai ekjetikèc, efìson o tÔpoc autìc sumpÐptei me thn

akrib  sqèsh (52) gia to ψ(u). 2

'Askhsh An oi apozhmi¸seic eÐnai ekjetikèc me par�metro β, na deiqjeÐ ìti

h pijanìthta qreokopÐac me thn pr¸th apozhmÐwsh, ìtan gnwrÐzoume ìti ja

sumbeÐ qreokopÐa, isoÔtai me

βc

λ+ βce−(β−R)u.

[Upìdeixh: H zhtoÔmenh pijanìthta isoÔtai me

ψ1(u)

ψ(u).]

10.2 H pijanìthta qreokopÐac gia meÐxh ekjetik¸n

katanom¸n

MÐa katanom  me sun�rthsh puknìthtac

α1β1e−β1x + α2β2e

−β2x, α1, α2 > 0 (54)

91

Page 93: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

kai α1 + α2 = 1 lègetai meÐxh (  sunduasmìc) dÔo ekjetik¸n katanom¸n me

paramètrouc β1, β2.

Genikìtera, mÐa katanom  me puknìthta

k∑i=1

αiβie−βix, αi > 0

kai∑

αi = 1, lègetai meÐxh k ekjetik¸n katanom¸n me paramètrouc

β1, β2, . . . , βk.

Upojètoume pr¸ta ìti se èna klasikì montèlo oi apozhmi¸seic akoloujoÔn

mÐa katanom  me puknìthta th sun�rthsh pou dÐnetai sthn (54). Tìte, èqoume

thn parak�tw prìtash

Prìtash 10.1 H pijanìthta qreokopÐac gia meÐxh dÔo ekjetik¸n katanom¸n

me paramètrouc β1, β2 eÐnai thc morf c

ψ(u) = C1e−r1u + C2e

−r2u (55)

ìpou ta r1, r2 eÐnai lÔseic thc exÐswshc gia to suntelest  prosarmog c

(exÐswsh tou Lundberg) kai C1, C2 eÐnai stajerèc.

An upojèsoume, qwrÐc ap¸leia thc genikìthtac, ìti β1 < β2, tìte isqÔei

0 < r1 < β1 < r2 < β2 (oi lÔseic thc exÐswshc gia to R eÐnai an�mesa stic

timèc twn paramètrwn βi).

Upologismìc twn C1, C2

Gia u = 0, èqoume

ψ(0) =1

1 + θ,

opìte blèpoume apì thn (55) ìti ta Ci prèpei na ikanopoioÔn thn

C1 + C2 =1

1 + θ. (56)

92

Page 94: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

Gia na broÔme mÐa deÔterh sqèsh, qrhsimopoioÔme thn exÐswsh

δ′(u) =

1

(1 + θ)µ1

δ(u)− 1

(1 + θ)µ1

∫ u

0

δ(u− x)f(x)dx (57)

pou apodeÐxame nwrÐtera.

GnwrÐzontac ìti h genik  lÔsh gia th sun�rthsh δ eÐnai thc morf c δ(u) =

1− C1e−r1u − C2e

−r2u, èqoume

δ′(u) = C1r1e

−r1u + C2r2e−r2u. (58)

Jètontac u = 0 sthn (57), paÐrnoume

δ′(0) =

1

(1 + θ)µ1

δ(0) =1

(1 + θ)µ1

(1− C1 − C2)

All� apì thn (56) èqoume ìti C1 +C2 = 1/(1 + θ), sunep¸c qrhsimopoi¸ntac

thn teleutaÐa sqèsh kai thn (58) brÐskoume

C1r1 + C2r2 =1

(1 + θ)µ1

(1− 1

1 + θ

)=

1

(1 + θ)µ1

· θ

1 + θ

(1 + θ)2µ1

. (59)

O upologismìc twn C1, C2 gÐnetai lÔnontac to sÔsthma twn (56) kai (59).

Par�deigma 10.1 (Pijanìthta qreokopÐac gia meÐxh dÔo ekjetik¸n)

Na deiqjeÐ ìti gia ton kÐnduno me sun�rthsh puknìthtac pijanìthtac f(x) =1

23e−3x +

1

27e−7x (meÐxh dÔo ekjetik¸n) kai gia perij¸rio asf�leiac θ =

2

5, h

pijanìthta qreokopÐac eÐnai

ψ(u) =24

35e−u +

1

35e−6u.

93

Page 95: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

LÔsh. H pijanìthta qreokopÐac (gia meÐxh dÔo ekjetik¸n) eÐnai:

ψ(u) = C1e−r1u + C2e

−r2u,

ìpou ta r1, r2 eÐnai oi rÐzec thc exÐswshc tou Lundberg. H mèsh tim  kai h

ropogenn tria twn apozhmi¸sewn eÐnai antistoÐqwc :

µ1 =1

2· 1

3+

1

2· 1

7=

5

21

kai

MX(r) =1

2· 3

3− r+

1

2· 7

7− r.

Sunep¸c, apì thn exÐswsh Lundberg

1 + (1 + θ)µ1r = MX(r)

prokÔptei ìti

1 + (1 +2

5)

5

21r =

1

2· 3

3− r+

1

2· 7

7− r , isodÔnama,

1 +1

3r =

1

2· 3

3− r+

1

2· 7

7− rMe apaloif  twn paronomast¸n, prokÔptei h exÐswsh trÐtou bajmoÔ wc proc

r,

2r3 − 14r2 + 12r = 0.

H mÐa rÐza eÐnai, profan¸c, to mhdèn, h opoÐa aporrÐptetai. Gia r 6= 0,

diair¸ntac me 2r thn teleutaÐa sqèsh, blèpoume ìti oi �llec dÔo rÐzec thc

exÐswshc eÐnai oi lÔseic thc deuterob�jmiac

r2 − 7r + 6 = 0.

Apì thn teleutaÐa exÐswsh prokÔptoun dÔo jetikèc rÐzec pou eÐnai r1 = 1 kai

r2 = 6. ParathroÔme ìti:

0 < r1(= 1) < β1(= 3) < r2(= 6) < β2(= 7).

94

Page 96: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

Gia ton upologismì twn C1 kai C2 lÔnoume to sÔsthma :

C1 + C2 =1

1 + θ,

r1C1 + r2C2 =θ

(1 + θ)2µ1

.

Me antikat�stash twn tim¸n twn r1 , r2 , θ kai µ1 prokÔptei isodÔnama to

sÔsthma:

C1 + C2 =5

7

C1 + 6C2 =6

7

H lÔsh tou sust matoc eÐnai C1 =24

35kai C2 =

1

35. 'Etsi h pijanìthta

qreokopÐac eÐnai :

ψ(u) =24

35e−u +

1

35e−6u.

10.3 QreokopÐa gia meÐxh k ekjetik¸n katanom¸n

'Estw ìti oi apozhmi¸seic akoloujoÔn mÐa katanom  me puknìthta

α1β1e−β1x + α2β2e

−β2x + . . .+ αkβke−βkx, α1, α2, . . . , αk > 0 (60)

ìpou∑

αi = 1.

GenikeÔontac aut� pou anafèrjhkan parap�nw gia k = 2, mporeÐ na apodeiqteÐ

ìti h pijanìthta qreokopÐac gia meÐxh k ekjetik¸n katanom¸n me paramètrouc

β1, β2, . . . , βk eÐnai thc morf c

ψ(u) = C1e−r1u + C2e

−r2u + . . . Cke−rku (61)

ìpou ta r1, r2, . . . , rk eÐnai lÔseic thc exÐswshc gia to suntelest  prosarmog c

kai C1, C2, . . . , Ck eÐnai stajerèc. Sugkekrimèna, gia na upologÐsoume t¸ra

95

Page 97: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

ta Ci, qreiazìmaste k exis¸seic. H pr¸th apì autèc ja eÐnai kai p�li C1 +

C2 + . . . + Ck = 1/(1 + θ). Oi upìloipec k − 1 exis¸seic prokÔptoun an

paragwgÐsoume k − 1 forèc th sqèsh (57) kai jèsoume u = 0, ìpwc kai

prohgoumènwc.

Tèloc, anafèroume ìti o upologismìc thc pijanìthtac qreokopÐac eÐnai

efiktìc kai gÐnetai me parìmoio trìpo sthn perÐptwsh ìpou oi apozhmi¸seic

akoloujoÔn mÐa katanom  G�mma. O upologismìc, all� kai oi tÔpoi pou

prokÔptoun eÐnai arket� polÔplokoi kai den exet�zontai ed¸.

10.4 K�poiec idiìthtec gia sÔnjetec gewmetrikèc

katanomèc

DeÐxame parap�nw ìti h mègisth swreutik  ap¸leia L mporeÐ na grafeÐ sth

morf  L = L1 + L2 + . . . LK ìpou K ∼ Geo

1 + θ

)kai oi t.m. Li eÐnai

anex�rthtec kai isìnomec. 'Ara, h L eÐnai mÐa sÔnjeth gewmetrik  metablht 

kai h δ(u) = P (L ≤ u) eÐnai mÐa sÔnjeth gewmetrik  katanom .

BrÐskoume t¸ra thn katanom  thc L sa sun�rthsh thc katanom c H(x) twn

Li. 'Eqoume

δ(u) = P (L ≤ u) =∞∑k=0

P (L ≤ u|K = k)P (K = k)

= P (K = 0) +∞∑k=1

P (L1 + L2 + . . . Lk ≤ u)P (K = k)

= δ(0) +∞∑k=1

H?k(u)

(1

1 + θ

)kθ

1 + θ

qrhsimopoi¸ntac to ìti h katanom  tou ajroÐsmatoc L1 + L2 + . . . Lk eÐnai h

96

Page 98: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

sunèlixh thc H me ton eautì thc k forèc, dhlad  h H?k. OrÐzontac

H?0(x) =

1 x ≥ 0

0 x < 0

blèpoume ìti h sun�rthsh δ mporeÐ na grafeÐ sth morf 

δ(u) =θ

1 + θH?0(u)

(1

1 + θ

)0

+∞∑k=1

θ

1 + θH?k(u)

(1

1 + θ

)k=∞∑k=0

θ

1 + θH?k(u)

(1

1 + θ

)k.

EpÐshc, qrhsimopoi¸ntac idiìthtec gia sÔnjetec katanomèc, mporoÔme na

upologÐsoume tic ropèc thc katanom c δ(u) thc metablht c L gnwrÐzontac tic

antÐstoiqec ropèc gia ta Li. JumÐzoume ìti oi metablhtèc Li èqoun puknìthta

1− F (x)

µ1

opìte èqoume, me paragontik  olokl rwsh,

E (Lri ) =

∫ ∞0

xrdH(x)

=

∫ ∞0

xr

µ1

[1− F (x)] dx

=

[xr+1

µ1(r + 1)[1− F (x)]

]∞0

+

∫ ∞0

xr+1

µ1(r + 1)f(x)dx

= 0 +1

µ1

· µr+1

r + 1

=µr+1

µ1(r + 1).

UpenjumÐzetai ìti µr+1 eÐnai h rop  t�xhc r + 1 twn apozhmi¸sewn gÔrw apì

to mhdèn. Gia par�deigma, jètontac r = 1, brÐskoume ìti h mèsh pt¸sh tou

pleon�smatoc eÐnai

E (Li) =µ2

2µ1

.

97

Page 99: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

Parìmoia, gia r = 2, èqoume

E(L2i

)=

µ3

3µ1

k.o.k. GnwrÐzontac th rop  opoiasd pote t�xhc gia tic Li, oi ropèc thc L

mporoÔn t¸ra na upologistoÔn qrhsimopoi¸ntac gnwstèc idiìthtec sÔnjetwn

katanom¸n.

Gia par�deigma, h mèsh tim  thc L brÐsketai apì th sqèsh

E(L) = E(K)E(Li),

h opoÐa dÐnei

E(L) =1

θ· µ2

2µ1

, (62)

qrhsimopoi¸ntac th mèsh tim  thc gewmetrik c,

E(K) =1

θ.

EpÐshc, qrhsimopoi¸ntac th sqèsh

V ar(L) = EK [V arL(L|K)] + V arK [EL(L|K)]

mporoÔme na upologÐsoume th diakÔmansh thc L. Gia mÐa gewmetrik  t.m.

me pijanìthta epituqÐac p, h diakÔmansh eÐnai q/p2, ed¸ gia to K èqoume

p = θ/(1 + θ), opìte paÐrnoume

V ar(K) =1

1+θ(θ

1+θ

)2 =1 + θ

θ2.

Qrhsimopoi¸ntac ta parap�nw, brÐskoume (met� apì pr�xeic) ìti

V ar(L) =µ3

3θµ1

+

(µ2

2θµ1

)2

. (63)

'Askhsh 'Estw L h mègisth swreutik  ap¸leia sto klasikì upìdeigma kai

ψ(u) h sun�rthsh pou dÐnei thn pijanìthta qreokopÐac me arqikì apojematikì

u.

98

Page 100: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

Na apodeiqjeÐ ìti gia th mèsh tim  thc L isqÔei h sqèsh

E(L) =

∫ ∞0

ψ(x)dx.

Genikìtera, gia thn k−t�xhc rop  thc L gÔrw apì to mhdèn, ìpou k jetikìc

akèraioc, na deiqteÐ ìti

E(Lk) =

∫ ∞0

kxk−1ψ(x)dx.

11 Fr�gmata kai proseggÐseic

11.1 'Ena k�tw fr�gma gia thn pijanìthta qreokopÐac

'Eqoume deÐxei ìti h pijanìthta qreokopÐac ikanopoieÐ thn (elleimmatik )

ananewtik  exÐswsh

ψ(u) =1

1 + θH(u) +

1

1 + θ

∫ u

0

ψ(u− t)dH(t).

QrhsimopoioÔme t¸ra ìti h ψ(u) eÐnai fjÐnousa sun�rthsh wc proc u. 'Ara

gia 0 ≤ t ≤ u⇒ 0 ≤ u− t ≤ u, isqÔei ψ(u− t) ≥ ψ(u). Antikajist¸ntac to

fr�gma autì sthn ananewtik  exÐswsh, paÐrnoume

ψ(u) ≥ 1

1 + θH(u) +

1

1 + θψ(u)

∫ u

0

dH(t)

=1

1 + θH(u) +

1

1 + θψ(u)H(u).

LÔnontac thn anÐswsh wc proc ψ(u), blèpoume ìti

ψ(u)− 1

1 + θψ(u)H(u) ≥ 1

1 + θH(u),

to opoÐo dÐnei

ψ(u) ≥1

1+θH(u)

1− 11+θ

H(u)=

H(u)

1 + θ −H(u)

99

Page 101: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

To fr�gma mporeÐ epÐshc na grafeÐ wc

ψ(u) ≥ H(u)

θ +H(u).

Autì eÐnai èna k�tw fr�gma gia thn pijanìthta qreokopÐac to opoÐo isqÔei

opoiad pote kai an eÐnai h katanom  twn apozhmi¸sewn. 'Ena pleonèkthma,

sunep¸c, pou èqei se sqèsh p.q. me thn anisìthta tou Lundberg (p�nw

fr�gma gia to ψ(u)) eÐnai ìti h teleutaÐa sqèsh mporeÐ na efarmosteÐ kai

gia katanomèc me bari� our�, ìtan den up�rqei h ropogenn tria kai epomènwc

kai o suntelest c prosarmog c R.

11.2 Treic proseggÐseic gia thn pijanìthta qreokopÐac

Efìson o analutikìc upologismìc thc pijanìthtac qreokopÐac ψ(u) den eÐnai

dunatìc sth genik  perÐptwsh, èqoun anaptuqjeÐ di�forec proseggistikèc

mèjodoi gia thn pijanìthta aut . Exet�zoume sth sunèqeia treic tètoiec

mejìdouc:

1. H prosèggish Beekman - Bowers

SÔmfwna me th mèjodo aut , mporoÔme na proseggÐsoume thn pijanìthta

qreokopÐac me thn our� miac katanom c G�mma me paramètrouc α, β, dhlad 

jewroÔme thn prosèggish

ψ(u) ∼=1

1 + θ[1−G(u)] (64)

ìpou G eÐnai h ajroistik  sun�rthsh thc Ga(α, β).

• P¸c ja upologÐsoume ta α, β;

'Estw Λ mÐa t.m. me m�za θ/(1+θ) sto mhdèn, en¸ sto (0,∞) h Λ eÐnai suneq c

me puknìthta thn puknìthta thc Ga(α, β) pollaplasiasmènh epÐ 1/(1 + θ).

100

Page 102: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

SÔmfwna me thn (64), sthn prosèggish twn Beekman-Bowers proseggÐzoume

thn katanom  thc mègisthc swreutik c ap¸leiac, L, apì aut n thc Λ. Gia na

upologÐsoume tic paramètrouc α, β thc katanom c G�mma, exis¸noume tic dÔo

pr¸tec ropèc twn L kai Λ, dhlad  qrhsimopoioÔme tic sqèseic

E(L) = E(Λ), V ar(L) = V ar(Λ),

ìpou oi dÔo ropèc gia thn L dÐnontai apì tic sqèseic (62) kai (63).

Epeid  to suneqèc tm ma thc Λ eÐnai mÐa katanom  Ga(α, β) diairemènh me 1+θ,

h mèsh tim  kai diakÔmansh thc Λ ja eÐnai

E(Λ) =1

1 + θ

α

β, V ar(Λ) =

(1

1 + θ

)2α

β2.

Sunep¸c oi par�metroi α, β upologÐzontai epilÔontac to sÔsthma

µ2

2θµ1

=1

1 + θ

α

β

kaiµ3

3θµ1

+

(µ2

2θµ1

)2

=

(1

1 + θ

)2α

β2.

To sÔsthma autì eÐnai mh grammikì wc proc α, β. MporeÐ ìmwc na

epilujeÐ eÔkola an diairèsoume tic dÔo parap�nw exis¸seic kat� mèlh, opìte

apaleÐfoume to α kai paÐrnoume mÐa apl  grammik  exÐswsh wc proc β.

2. H prosèggish De Vylder

SÔmfwna me thn prosèggish aut , antikajistoÔme thn anèlixh {U(t) : t ≥0} me mÐa �llh anèlixh {U(t) : t ≥ 0} h opoÐa èqei perij¸rio asf�leiac θ,

èntash thc anèlixhc Poisson λ kai gia thn opoÐa jewroÔme ìti h katanom  twn

apozhmi¸sewn eÐnai h ekjetik  (sunep¸c h antÐstoiqh pijanìthta qreokopÐac,

ψ(u), mporeÐ na brejeÐ analutik�, ìpwc deÐxame prohgoumènwc). H pijanìthta

qreokopÐac ψ(u) gia thn U(t) kai gia mÐa dojeÐsa katanom  apozhmi¸sewn

proseggÐzetai apì thn pijanìthta qreokopÐac ψ(u) gia thn anèlixh {U(t), t ≥0} me ekjetikèc apozhmi¸seic.

101

Page 103: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

Sugkekrimèna, h pijanìthta ψ(u) dÐnetai apì th sqèsh

ψ(u) =1

1 + θe−Ru =

1

1 + θe− θ

(1+θ)µ1u,

µ1 ed¸ eÐnai h mèsh tim  thc ekjetik c katanom c pou qrhsimopoieÐtai sthn

prosèggish.

Gia na upologistoÔn ta µ1, θ kai λ, h sunj kh pou èjese o De Vylder eÐnai

ìti gia t ≥ 0, oi treic pr¸tec ropèc tou pleon�smatoc, U(t) gia thn arqik 

anèlixh kai U(t) gia thn proseggistik  anèlixh, na eÐnai Ðsec. Dhlad , ja

prèpei na isqÔei h sqèsh

E[U(t)k

]= E

[U(t)k

]gia k = 1, 2, 3.

'Estw µ2, µ3 h deÔterh kai h trÐth rop  antÐstoiqa thc ekjetik c pou

qrhsimopoioÔme sthn prosèggish. Tìte, jètontac t = 1 sthn teleutaÐa sqèsh,

prokÔptei to parak�tw sÔsthma tri¸n exis¸sewn:

θλµ1 = θλµ1,

λµ2 = λµ2, (65)

λµ3 = λµ3.

Oi timèc twn µ1, θ kai λ gia thn prosèggish upologÐzontai lÔnontac to

sÔsthma autì.

ShmeÐwsh Sto sÔsthma autì, oi �gnwstoi eÐnai mìno ta µ1, θ kai λ,

diìti gia thn ekjetik  katanom  oi ropèc deÔterhc kai trÐthc t�xhc µ2, µ3

prosdiorÐzontai apì thn par�metro thc katanom c, sunep¸c orÐzontai monadik�

an gnwrÐzoume th mèsh tim  µ1.

UpenjÔmish An h t.m. Y akoloujeÐ mÐa katanom  Exp(β), tìte isqÔei

E(Y r) =r!

βr,

102

Page 104: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

sunep¸c sthn prosèggish De Vylder parap�nw ta µ1, µ2, µ3 sundèontai me

tic sqèseic

µ2 = 2µ21

kai

µ3 = 6µ31.

Me b�sh tic sqèseic autèc, to sÔsthma twn exis¸sewn (65) gÐnetai

θλµ1 = θλµ1, (66)

2λµ21 = λµ2,

6λµ31 = λµ3. (67)

Diair¸ntac tic dÔo teleutaÐec sqèseic paÐrnoume

3µ1 =µ3

µ2

⇒ µ1 =µ3

3µ2

to opoÐo shmaÐnei ìti h par�metroc thc ekjetik c sthn prosèggish eÐnai

3µ2/µ3.

Antikajist¸ntac sthn (67) blèpoume ìti

λ =λµ3

6µ31

=λµ3

6(µ33µ2

)3 =9λµ3

2

2µ23

.

Tèloc, antikajist¸ntac sthn (66) brÐskoume ìti

θ =2µ1µ3θ

3µ22

.

Par�deigma 11.1 'Estw ìti sto klasikì montèlo, oi apozhmi¸seic èqoun

puknìthta th meÐxh dÔo ekjetik¸n katanom¸n,

f(x) =1

23e−3x +

1

24e−4x.

Gia λ = 1, c = 1, na brejeÐ h prosèggish gia thn pijanìthta qreokopÐac me

th mèjodo De Vylder.

103

Page 105: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

LÔsh H mèsh tim  twn apozhmi¸sewn eÐnai

µ1 =1

2· 1

3+

1

2· 1

4=

7

24= 0, 2917.

To perij¸rio asf�leiac eÐnai

θ =c

λµ1

− 1− =17

7= 2, 4286.

H deÔterh rop  twn apozhmi¸sewn isoÔtai me

µ2 = 2!

[1

2

(1

3

)2

+1

2

(1

4

)2]

=25

144= 0, 1736.

Parìmoia, h trÐth rop  brÐsketai ìti eÐnai

µ3 = 3!

[1

2

(1

3

)3

+1

2

(1

4

)3]

=91

576= 0, 1580.

BrÐskoume sunep¸c ìti

µ1 =µ3

3µ2

= 0, 3033,

λ =9λµ3

2

2µ23

= 0, 9434,

kai

θ =2µ1µ3θ

3µ22

= 2, 4752.

'Ara me antikat�stash twn parap�nw tim¸n prokÔptei ìti h prosèggish gia

thn pijanìthta qreokopÐac eÐnai

ψ(u) =1

1 + θe− θ

(1+θ)µ1u

= 0, 2878e−2,442u. (68)

ParathroÔme ìti to λ de qrhsimopoieÐtai ston telikì tÔpo, all� mìno

endi�mesa gia ton upologismì �llwn posot twn.

104

Page 106: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

Sthn perÐptwsh tou paradeÐgmatoc, ìtan dhlad  oi apozhmi¸seic akoloujoÔn

mÐa meÐxh dÔo ekjetik¸n katanom¸n, ìpwc èqoume dei h pijanìthta qreokopÐac

mporeÐ na upologisteÐ analutik�. 'Eqei epomènwc endiafèron na sugkrÐnoume

ton akrib  tÔpo gia thn pijanìthta aut  me ton tÔpo pou br kame parap�nw

apì thn prosèggish De Vylder, gia na doÔme pìso ikanopoihtik  eÐnai h

prosèggish sthn perÐptwsh aut . Autì gÐnetai sth sunèqeia.

Par�deigma 11.2 (Axiolìghsh thc prosèggishc De Vylder � sunèqeia

apì to prohgoÔmeno par�deigma)

Gia ta dedomèna tou prohgoÔmenou paradeÐgmatoc, upologÐzoume ton akrib 

tÔpo gia thn pijanìthta qreokopÐac, ψ(u), me to gnwstì trìpo.

H pijanìthta qreokopÐac (gia meÐxh dÔo ekjetik¸n) eÐnai:

ψ(u) = C1e−r1u + C2e

−r2u, (69)

ìpou ta r1, r2 eÐnai oi rÐzec thc exÐswshc tou Lundberg. H mèsh tim  twn

apozhmi¸sewn brèjhke parap�nw ìti eÐnai µ1 = 7/24, en¸ to perij¸rio

asfaleÐac sto montèlo eÐnai θ = 17/7.

Efìson h katanom  twn apozhmi¸sewn eÐnai mÐa meÐxh dÔo ekjetik¸n katanom¸n,

blèpoume ìti h ropogenn tria twn apozhmi¸sewn eÐnai mÐa meÐxh (me b�rh 1/2

kai 1/2) twn ropogennhtri¸n dÔo ekjetik¸n katanom¸n me paramètrouc 3 kai

4, antÐstoiqa.

Sunep¸c, paÐrnoume ìti

MX(r) =1

2· 3

3− r+

1

2· 4

4− r.

'Etsi apì thn exÐswsh Lundberg

1 + (1 + θ)µ1r = MX(r)

prokÔptei ìti

1 + (1 +17

7)

7

24r =

1

2· 3

3− r+

1

2· 4

4− r,

105

Page 107: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

h opoÐa mac dÐnei

1 + r =3

2(3− r)+

4

2(4− r)

=3(4− r) + 4(3− r)

2(3− r)(4− r).

Me apaloif  twn paronomast¸n, h teleutaÐa sqèsh gr�fetai isodÔnama

2(3− r)(4− r)(1 + r) = 12− 3r + 12− 4r

= 24− 7r.

Met� apì k�poiec pr�xeic, blèpoume ìti prokÔptei h exÐswsh trÐtou bajmoÔ wc

proc r,

2r3 − 12r2 + 17r = 0.

H mÐa rÐza eÐnai, profan¸c, to mhdèn, h opoÐa aporrÐptetai. Oi �llec dÔo rÐzec

thc exÐswshc eÐnai oi lÔseic thc deuterob�jmiac

r2 − 12r + 17 = 0.

Apì thn teleutaÐa exÐswsh prokÔptoun dÔo jetikèc rÐzec pou eÐnai r1 = 6−√

19

kai r2 = 6 +√

19. Sth sunèqeia, brÐskoume tic stajerèc C1 kai C2 lÔnontac

to sÔsthma :

C1 + C2 =1

1 + θ,

r1C1 + r2C2 =θ

(1 + θ)2µ2

.

Me antikat�stash twn tim¸n twn r1, r2, θ kai µ1 prokÔptei isodÔnama to

sÔsthma:

C1 + C2 =7

24

(6−√

19)C1 + (6 +√

19)C2 =17

24.

106

Page 108: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

Met� apì k�poiec pr�xeic, brÐskoume ìti h lÔsh tou sust matoc eÐnai

C1 =7

48+

25√

19

912, C2 =

7

48− 25

√19

912.

'Etsi telik� paÐrnoume ìti h pijanìthta qreokopÐac sto montèlo dÐnetai apì th

sqèsh (69), ìpou oi timèc twn r1, r2, C1, C2 èqoun brejeÐ parap�nw.

Sto Sq ma 9 parousi�zontai grafik� tìso h akrib c sun�rthsh gia thn

pijanìthta qreokopÐac (me suneq  gramm ) ìso kai h prosèggish De Vylder

apì th sqèsh (68). Blèpoume ìti h prosèggish eÐnai arket� ikanopoihtik 

(an kai ìqi exairetik ), efìson oi dÔo kampÔlec brÐskontai arket� kont� sto

megalÔtero eÔroc tim¸n gia to arqikì apojematikì u.

3. H prosèggish tou Tijms

O Tijms prìteine h pijanìthta qreokopÐac, sthn perÐptwsh pou den mporeÐ na

upologisteÐ analutik�, na proseggÐzetai apì thn antÐstoiqh pijanìthta pou

antistoiqeÐ se mÐa meÐxh ekjetik¸n katanom¸n.

Sugkekrimèna, h prosèggish pou prìteine èqei th morf 

ψT (u) =

(1

1 + θ− C

)e−γu + Ce−Ru, (70)

ìpou R eÐnai o suntelest c prosarmog c, C eÐnai h stajer� ston asumptwtikì

tÔpo twn Cramer - Lundberg kai to γ upologÐzetai apì th sqèsh

γ =

(1

1 + θ− C

)(1

θµ2

∫ ∞0

xF (x)dx− C

R

)−1. (71)

Up�rqoun dÔo idiìthtec aut c thc prosèggishc pou axÐzei na anafèroume:

(a) Epeid  ston parap�nw tÔpo gia to ψT (u) isqÔei ìti R < γ, �ra o deÔteroc

ìroc sugklÐnei pio arg� sto mhdèn apì ìti o pr¸toc (gia u→∞), isqÔei ìti

ψT (u) ∼ Ce−Ru.

107

Page 109: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

0 2 4 6 8

0.0

00

.05

0.1

00

.15

0.2

00

.25

0.3

0

u

psi(u

)

Sq ma 9: Grafik  par�stash thc akriboÔc sqèshc gia thn pijanìthta

qreokopÐac (suneq c gramm ) kai thc prosèggishc De Vylder (diakekommènh

gramm ) gia mia meÐxh dÔo ekjetik¸n katanom¸n.

108

Page 110: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

SugkrÐnontac ton parap�nw tÔpo me ton asumptwtikì tÔpo twn Cramer –

Lundberg, blèpoume ìti h prosèggish ψT (u) gia thn pijanìthta qreokopÐac

ψ(u) èqei p�nta th swst  asumptwtik  sumperifor� (arkeÐ bèbaia na up�rqei

o suntelest c prosarmog c sto montèlo).

(b) Jètontac u = 0 ston tÔpo gia to ψT (u), paÐrnoume ìti

ψT (0) =

(1

1 + θ− C

)+ C =

1

1 + θ,

dhlad  blèpoume ìti h prosèggish eÐnai p�nta akrib c gia u = 0, efìson

èqoume dei ìti isqÔei ψ(0) = (1 + θ)−1.

'Ena meionèkthma pou èqei h prosèggish tou Tijms eÐnai ìti gia na efarmosteÐ,

ja prèpei na up�rqei all� kai na eÐnai gnwstìc analutik� o suntelest c

prosarmog c sto montèlo. Apì thn �llh pleur�, an isqÔei autì, tìte ektìc

apì tic dÔo idiìthtec pou anafèrjhkan parap�nw, axÐzei na anafèroume ìti h

prosèggish eÐnai akrib c gia ìlec tic timèc tou u (dhlad  isqÔei ψT (u) = ψ(u)

gia k�je u ≥ 0) ìtan h katanom  twn apozhmi¸sewn F an kei se mÐa apì

tic ex c treic oikogèneiec katanom¸n: (a) ekjetik , (b) meÐxh dÔo ekjetik¸n

katanom¸n kai (g) sunèlixh dÔo ekjetik¸n katanom¸n, dhlad  h F eÐnai mÐa

Ga(2, β) katanom  gia k�poio β > 0.

Par�deigma 11.3 Sto Par�deigma 7.7 upologÐsame thn prosèggish Cramer

– Lundberg gia thn pijanìthta qreokopÐac sthn perÐptwsh pou h katanom  twn

apozhmi¸sewn èqei puknìthta

f(x) =1

3e−x +

2

3e−2x + e−3x, x ≥ 0.

Jewr¸ntac ìti λ = c = 4, ìpwc sto Par�deigma 7.7, na brejeÐ h prosèggish

gia thn pijanìthta qreokopÐac me th mèjodo tou Tijms.

LÔsh Oi posìthtec µ1, θ, C,R pou apaitoÔntai gia ton upologismì thc

sun�rthshc ψT (u) ston tÔpo (70) èqoun upologisteÐ  dh sto Par�deigma

109

Page 111: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

7.7. Sunep¸c, to mìno pou mènei na brejeÐ eÐnai to γ, apì th sqèsh

(71). UpologÐzoume pr¸ta to olokl rwma sth sqèsh aut . BrÐskoume

sugkekrimèna ìti∫ ∞0

xF (x)dx =1

3

∫ ∞0

x(e−x + e−2x + e−3x

)dx

=1

3

(∫ ∞0

x e−x dx+

∫ ∞0

x e−2x dx+

∫ ∞0

x e−3x dx

)=

1

3

(1 +

1

4+

1

9

)=

49

108.

Antikajist¸ntac thn tim  aut , kaj¸c kai tic timèc twn µ1, θ, C,R sth sqèsh

(70), met� apì k�poiec aplèc pr�xeic brÐskoume ìti

γ = 1,925725.

Sto Sq ma 10 parist�nontai h akrib c tim  gia thn pijanìthta qreokopÐac

(maÔrh gramm ), h prosèggish gia thn pijanìthta aut  me b�sh th mèjodo

tou Tijms (mple gramm ) kai h prosèggish apì ton tÔpo twn Cramer –

Lundberg (kìkkinh gramm ). ParathroÔme ìti oi dÔo pr¸tec kampÔlec

ousiastik� den diakrÐnontai sto sq ma, k�ti pou shmaÐnei ìti h prosèggish

tou Tijms eÐnai exairetik  sthn prokeimènh perÐptwsh. Sthn pragmatikìthta,

to posostiaÐo sf�lma apì thn prosèggish tou Tijms sto sugkekrimèno

par�deigma eÐnai p�ntote (dhlad  gia ìlec tic timèc tou u) mikrìtero apì 0,2%.

Se antidiastol , to sf�lma apì thn prosèggish twn Cramer – Lundberg, eÐnai

mikrìtero apì 1% mìno gia u ≥ 1,8.

Genik�, èqei brejeÐ ìti h prosèggish tou Tijms dÐnei ikanopoihtik� apotelès-

mata ìtan θ < 4, en¸ gia timèc tou θ mikrìterec thc mon�dac (k�ti to opoÐo

isqÔei p�nta sthn pr�xh) h prosèggish eÐnai, sqedìn p�nta, exairetik . 2

Ask seic

1. Na apodeÐxete ìti isqÔei R < γ, ìpou to γ eÐnai h stajer� pou

110

Page 112: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

Sq ma 10: Akrib c tim  gia thn pijanìthta qreokopÐac (maÔrh gramm ),

prosèggish twn Cramer – Lundberg (kìkkinh gramm ) kai prosèggish tou

Tijms (mple gramm ) gia to Par�deigma 11.3.

111

Page 113: Panepist mio Peirai Tm ma Statistik c kai Asfalistik c ...Tìte h fX t: t2TgeÐnai mÐa stoqastik anèlixh me suneqeÐc timèc se suneq qrìno (ed¸ TeÐnai to qronikì di sthma to

qrhsimopoieÐtai apì thn prosèggish tou Tijms kai orÐzetai apì th

sqèsh (71).

2. 'Estw ìti h puknìthta twn apozhmi¸sewn sto klasikì montèlo eÐnai

f(x) =e−x

3+ 4e−6x.

An dÐnontai ìti c = 1, λ = 2, zhtoÔntai ta ex c.

(i) Na brejeÐ h akrib c sqèsh gia thn pijanìthta qreokopÐac ψ(u).

(ii) Na apodeiqteÐ ìti gia k�je u isqÔei ψT (u) = ψ(u), ìpou ψT (u) eÐnai

h prosèggish tou Tijms.

Parat rhsh

AxÐzei na shmeiwjeÐ ìti kai oi treic proseggÐseic (Beekman-Bowers, De

Vylder kai Tijms) eÐnai ikanopoihtikèc ìtan h katanom  twn apozhmi¸sewn

èqei elafri� our�. Sthn perÐptwsh pou oi apozhmi¸seic èqoun bari� our�, ta

apotelèsmata apì tic proseggÐseic den eÐnai ikanopoihtik�.

Gia katanomèc me bari� our�, èna basikì apotèlesma gia thn pijanìthta

qreokopÐac dÐnetai apì th sqèsh

ψ(u) ∼ 1

θH(u),

ìpou H(u) = 1 − H(u) eÐnai h our� thc katanom c thc pt¸shc tou

pleon�smatoc kai to sÔmbolo ∼ shmaÐnei kai p�li ìti o lìgoc tou tou

aristeroÔ me to dexiì mèloc thc parap�nw sqèshc sugklÐnei sth mon�da gia

u→∞. Epeid  deÐxame ìti

H(u) =1

µ1

∫ u

0

[1− F (x)] dx

⇒ H(u) = 1− 1

µ1

∫ u

0

[1− F (x)] dx =1

µ1

∫ ∞u

[1− F (x)] dx,

blèpoume ìti h asumptwtik  sqèsh gr�fetai

ψ(u) ∼ 1

θµ1

∫ ∞u

[1− F (x)] dx.

112