Egzamin dla Aktuariuszy z 20 czerwca 2011 r.

Prawdopodobieństwo i Statystyka

Zadanie 1

X – ilość powtórzeń

Y - czas oczekiwania na i-tą cyfrę i

X = 1 + Y + Y + Y + Y

2

3

4

5

Rozkład Y jest geometryczny: i

k 1

−

P(

 

Y = k =

 

k =

2

) 4 1

,

1 ,

2 ....

5  5 

k 1

−

P(

 

Y = k =  

3

) 2

3

 5 

5

k 1

−

P(

 

Y = k =  

4

) 3

2

 5 

5

k 1

−

P(

 

Y = k =  

5

) 4

1

 5 

5

EX = 1 + EY + EY + EY + EY

2

3

4

5

∞

k −1

∞

l

4 1

4 1

1 5

5

EY

k

( l

)

1

1

2 = ∑

 

 

= ∑

 

+

  =

+ =

k =

5 5

l

5 5

5 4

4

1

 

=0

 

2

5

EY =

+1 =

3

3

3

3

5

EY =

+1 =

4

2

2

EY = 4 + 1 = 5

5

5

5

5

12 + 15 + 20 + 30 + 60

137

5

EX = 1 +

+ + + 5 =

=

= 11

4

3

2

12

12

12

Zadanie 2

X ≅ J (

)

1

,

0

i

P(min( X ,... X

< t = 1− P min X ,..., X > t = 1− P X > t = 1− 1

( − t)

1

n )

)

( ( 1

) )

n

n

(

)

n

i

ε

ε

P( T

ε

ε

ε

n − 1 >

)= P( Tn > +1∨ Tn <1− ) 

= P min( X

X

X

X

1

n )

+

>

1

,...,

∨ min( ,...

1

n )

1 − 



<

 =



n + 1

n + 1

n

n



ε +1



1 − ε 



ε +1



1 − ε 

= Pmin( X ,..., X

1

>

 + P min X ,... X

1

<

 = 1−

 +1− 1−



n )

(

n )



n + 1



n + 1



n + 1



n + 1



ε +

ε

⋅

1

1

n 

−



n+1 

n

n+



n+1

1



⋅

n+1

 

ε +1ε+1









1 − ε  −

1 ε 

lim 1 −



 + 1 − 1 −



=

n→∞ 

n + 1









n + 1



































ε +1

1 − ε

ε 1

−

−ε 1

= exp− lim

 +1− exp− lim

 = 1

−

− e + e

 n→∞

1 

 n→∞

1 



1 +





1 +





n 



n 

Zadanie 3

E(θˆ −θ )2 = D (θˆ)+ ( b(θˆ) 2

2

,

b(θˆ

)= E(θˆ)−θ



var c∑

n



n



X 

c 2

var X

i

= ∑



i

i=1



i=1

X = EX 2

var

− E 2 X

2

= σ − E 2 X

i

i

i

i



E c∑

n



n



X 

c

E X

i

= ∑



i

i=1



i=1

2

2

E(

n

n

ˆ

σ

σ

c 2

2

σ

E 2 X

c

E X

σ

c −

) = ∑( −

i )



+ ∑





i −



i=1

 i=1



∞

2

− x

t

1

2

x

t

σ

2

=

∞

−

E X = 2∫

2σ

xe

=

= 2∫ 1 1 2 2σ

e

dt =

1

2

σ = 2

2

2 σ

xdx

dt

σ

σ

0

Π

2

=

2

0

Π 2

2Π

2Π

E(

2

2

2

σ

n

σ

σ

ˆ

σ

c − σ )



4



2 =

4

2

2

2

2

2

c σ n − n

 + c

− 2σ cn

+ σ =



Π

2



Π

2

Π

2



σ n

σ n 

σ n

2

2 2 2

2 2

4 2

2

2

= σ n +

−

 c −

c + σ → min



Π

Π 

2Π

2

4σ n

b

2Π

Minimum dla c = −

=

=

2 a



2

2σ

2σ

2

n 2

2 n 



2 σ n +

−





Π

Π 

2 2

σ n

2

2Π

2σ nΠ

2Π

2Π

=

=

=

=

2

Πσ n + 2 2 2

σ n − 2 2

σ n

2

2

Πσ n(Π + 2 n − 2)

2Π (Π + 2 n − 2)

Π + 2 n − 2

Π

Zadanie 4

− x

X ≅ e

i



1 

N ≅ uj. dwu 

m

;

2





4 

q 

q



var S

N =

2

r

 m

m

2 +

1 



p 

p



q

ES

= r m

N

1

p

m = E( IX ) 1

m = E I X

2

( 2 2)

1

1

m = E( I ) E( X ) =

⋅1 =

1

2

2

E( 2 2

I X )

2

2

1

= EI EX = (1+12 )= 1

2

,

0 25 

,

0 25







2

2

1 1

13 2

13

var S

N = 2 ⋅

1+

⋅ 5

,

0

 = 1+

 =

=

,

0 75 

,

0 75



3 

3 4 

12 3

18

,

0 25

1 1

1

ES

N = 2 ⋅

⋅ 5

,

0

= 2 ⋅ ⋅ =

,

0 75

3 2

3

13

13 ⋅ 9

13

ODP =

⋅ 3 =

=

18

18

2

Zadanie 5

X ≅ Γ ,

3

( 4)

Y ≅ Γ( ,

2 4)

X + Y ≅ Γ ,

5

( 4)

∫( x − y 3

) 2 x 2 e−4 x ⋅16 ye−4 y dxdy E( X − Y X + Y = s) L

= ∆

=

f

( s)

M

X + Y

 x > 0

 y = s − x





∆ =  y > 0

→  x − y = 2 x − s





 x + y = s

 x ∈ ( ;

0 s)

s

L = ∫ (2 x − s) ⋅ 32 ⋅

2

−4 x

16 x e

( s −

−4( s− x

x) e

) dx =

0

s

3

2

4

2

2

2

sx 4

4

x 5

s 2 x 3  s

=

− s

512 e

∫ x (2 xs − 2 x − s + sx) dx =

− s

512 e



−

−

 =

4

5

3

0



0

5

5

5





−

−

−

s

3 s

2 s

s

− s

45

24

20

512

4

4

5

−4 s 5

= 512 e 

−

−

 = 512 e

s

=

e

s

 4

5

3 

60

60

5

4

4

−4 s

f

( s) =

s e

X + Y

Γ )

5

(

512 e−4 ss 5 512 24

24

1

ODP

60

=

=

⋅ s =

s =

s

45

60

4

−4

45

120

5

s e s

Γ )

5

(

Zadanie 6



x 2



 8



∏

P

i



> t  = P

2

ln

8 ln 2

ln

0

8

0

∏ 2 > 8 = ∑ 2 >

+

 =

H

H





( x

t

i

) P

x

t

P

H

i

2

0  =1



i





t

t

e

θ

1

P(

e

ln x

t

P x

e

dx

1 e θ

wykl(θ )

i <

) = ( < t

i

)= ∫





= −

= − − t ≅

θ +1



θ 

x

 x 

1

1

→ ∑ln x

i ≅ Γ

;

8

( θ )



1



K : P = P 

ln

4 ln 2

ln

H

∑ xi >

+

t  = α

0 

2





1



β : P  ln

4 ln 2

ln

H

∑ xi <

+

t 

1 

2



1

w = 4 ln 2 +

ln t

2

∞

8

w

8

4

2

f ( w) = ∫

7

−4 x

x e

dx + ∫

7

−2 x

x e

dx → szukamy minimum po w

Γ )

8

(

Γ )

8

(

w

0

48

7

−4 w

28

f (

′ )

7

−2

w = −

w e

+

w e w = 0 → w = 4 ln 2

Γ )

8

(

Γ )

8

(

ODP = f (4 ln 2)

x

x

∞

−

−

7

4 w

7

2

2

1

1

f ( w) = po p

odstawie i

n ach = t

x

= ∫

x e

dx +

i to są całki po

8

∫

x e

dx

2

Γ )

8

(

2

Γ

8

)

8

(

2

8 w

0

gęstościach z rozkładu

2

χ 1

( 6)

f ( )

w = 1 − P(4 w < X < 8 w) = P( X < 4 ) w + P( X > 8 ) w = aproksymu e

j my r

ozkladem n

ormalnym =



4 w −16 



8 w −16 

= P N <

 + P N >

 ≈ P( N < − 8

,

0 7) + P( N > ,

1 09) = 5

,

0 − 3

,

0 0785 + 5

,

0 − 3

,

0 6214 =



32 



32 

=0,33001 czyli najbliżej odpowiedź B

2 w

t

8

2

Ewentualnie po podstawieniu przy f(w) w pierwszej całce x = f ( w) = 1 − ∫

7

−2 x

x e

dx

2

Γ )

8

(

w

I obliczamy całkę: ∫ 7 −2 x

x e

Po żmudnych rachunkach:

∫

1

7

21

105

210

630

630

630

7

−2 x

7

−2 x

6

−2 x

5

−2 x

4

−2 x

3

−2 x

2

−2 x

−2 x

−

x e

= − x e

− x e

−

x e

−

x e

−

x e

−

x e

−

xe

−

2 x

e

2

4

4

8

8

16

16

32

28

ODP = 1 −

⋅ A, gdzie

!

7

8

−

1

− 6

A = 2 a − 2

a

1

2

1

a =

+

+

+

+

+

+

+

1

(4ln2)7 7

6

21

5

105

4

210

3

630

2

630

630

(4 ln 2)

(4 ln 2)

(4 ln 2)

(4 ln 2)

(4 ln 2)

(4 ln 2)

2

4

4

8

8

16

16

32

1

7

7

6

21

5

105

4

210

3

630

2

630

630

a =

8

( ln 2) +

8

( ln 2) +

8

( ln 2) +

8

( ln 2) +

8

( ln 2) +

8

( ln 2) +

8

( ln 2) +

2

2

4

4

8

8

16

16

32

→ ODP = 3,

0 336

Zadanie 7

P( X

≤ z ≤ X

= Q k n p − Q l n p

k: n

p

l: n )

( , , )

( , , )

n

Q( k, n, p) = ∑ n i n− i

  p 1

( − p)

i

i= k 



1

U nas: p =

, k = ,

3 l = 7, n = 10

2



1 



1 

10

10

ODP =

10

10

Q 1

,

3

,

0

 − Q7 1

, ,

0

 = ∑  10

10



 5

,

0

− ∑ 



 5

,

0

=



2 



2 

i

i

i=3 



i=7 



10 10 10 10

 8 9 10

7 8 9 10

6 7 8 9 10

10

⋅ ⋅

⋅ ⋅ ⋅

⋅ ⋅ ⋅ ⋅ 

= 

10



 + 

 + 

 + 

 5

,

0

= 

+ 2 ⋅

+

 5

,

0

=

3   4  5  6 



6

24

120



= (120 + 420 + 252) 1

792

99

=

=

1024

1024

128

Zadanie 8

10

L = ∏ f ( y x

i

i >

)1

i=1

t 1

+∫3 2 3−

x e x

θ

θ

dx

P(

P

< X < t +

X −1 < t X > ) 1

(

)

1

1

1

=

=

P( X > )

1

P( X > )

1

∞

3

∞

=

3

x

w

∞

2

− x

θ

1

P( X > t) = ∫ 3 x θ e dx =

= ∫3

− w

θ

− w

θ

− t

θ e dw = − e

= e θ

2

[

]

3

3

t

x dx = dw

t

3

3

3

t

P(

3

( t

)

1

X −

e

e

1 < t X > )

−θ +

1 −

− (

−θ

1 −

)

θ

− ( t+ 3

)

1

θ

+

1 =

= 1−

θ

−

e

e

f ( y x

eθ e θ

θ

t

θ t

eθ e θ

i

i >

)

3

3

− ( t+ )

1

2

2

− ( t+ )

1

1 =

⋅ (

3 + )

1

= 3 ( + )

1

10

θ

θ

L = (

y

3 e

θ )10 (

i

y

e

i +

)

3

2

− ∑( + )

∏

1

1

i=1

10

10

ln L = 10 ln(3 e

θ θ )+ 2∑ln( y

θ

y

i +

)1− ∑( i + )3

1

i=1

i=1

3

∂

10

10

+ θ −θ ∑ yi +

=

+10 − ∑( y

θ

i +

)

10 10

3

(

)1

10

ˆ

1

= 0 →

= 0 → = 10

∂θ

θ

θ

i 1

=

∑( yi + )

1 3 −10

i 1

=

<

<

P( X < t X > t =

= − − − →

przesunięty wykładniczy

i

i

) P(1

3

X

t

3

i

)

θ ( t )

1

P( X >

i

)

1 e

wykl(θ )

1

;

1

10

10

→ ∑ 3

X

θ

X

θ

i

≅ Γ(1 ;

0

1

; 0) p

rzesunie y

t → ∑ 3 i −10 ≅ Γ 1

( ;

0

)

i=1

i=1



10

P θ



 < c

 = 9

,

0

,

5 gdzi

e X ≅ Γ 1

( ;

0 θ )



X 

10 c

θ

10

20

10

θ

P(

c

X

θ < 1 c

0 )



c 

=

9

θ

t

P X <

 = ∫

− x

x e

dx = x

θ = = ∫ 2

χ (2 )

0 = 9

,

0 5 →



θ 

Γ 1

(

)

0

2

0

0

→ 20 c = 3 ,

1 41 → c ≈ 5

,

1 7

Zadanie 9

P( Y ≤ 3 =

0

) 1

dl

a n ≥ 2

P( Y

P Y

X

P X

P Y

X

P X

n ≤ 3) =

( n ≤ 3 n = 4) ( n = 4)+ ( n ≤ 3 n < 4) ( n < 4)=

3

= P(min( Y , X

−

≤ 3 X < 4

n 1

n )

n

)

4 1

4

4

4

4

4

2

4

4

4

4

4

3

A

A = P(min(

1

Y

X

X

n− ,

1

n ) ≤

,

3

n < 4) ⋅ P( X

4

n

) =

<

= [ P(

1

Y

X

P Y

X

n−1 ≤

,

3

n < 4) +

( n−1 > ,3 n ≤ 3)] P( X 4

n

) =

<

P( Y

P X

P Y

P X

n−

≤

n <

+

n−

>

n ≤

1

)3 (

4)

( 1 )3 (

)3

=

P(

= P Y

P Y

n−

≤ + −

n−

≤

=

X n < 4)

( 1 )3 (1 ( 1 )3 1

→ P( Y

ciąg stały

n ≤

) 3

3 = 4

3

Czyli lim P( Y

n ≤ 3) =

n→∞

4

Zadanie 10

Przy H : Y ≅ N x 0

i

( i )1

;

Przy H : Y

N

x

i ≅

i −

1

(2

)1

;

1

 1  n



n

( Y 2 x

2

1

i −

i +

) 

f

exp

1 = 







 − ∑



 2Π 



2

i=1



 1  n



n

( Y x 2

i −

i )



f

exp

0 = 







 − ∑



 2Π 



2

i=1





n

n

 − ∑( Y

x

Y

x

i − 2 i +

)12 + ∑( i − i ) 

2 

f 1



i=1

i=



= ex 

p

1



f

2

0









 n

 ∑( Y 2 2

2

2

4

4 2

2

4

1

i

− x Y

i

i + xi

− Yi + x Y

i

i −

xi − Yi + xi − )



 f



1

 i=1



P

H

> t = PH

> t =

0 





0 



 f 0



2









 n

 ∑(



2 x Y

i

i − 3

2

xi − 2 Yi −1 + 4 xi )



 i 1

=



= P

H

> t = ,

0 05

0 

2



 1

4

4

4

4

4

2

4

4

4

4

4

3





Z



Przy H :

0

n

n

EZ = 2∑ x

n

x 2

i −

− ∑ i

i=1

i=1

n

var Z = ∑ (2 x

2

2

i −

)

i=1

Szukamy t:



n

n



 2∑ x n

x 2

i −

− ∑



1

P

W

t

,

0 0 ,

5 gdzie W

N

1

;

2 x

2

1

2

H (

i

n

> )



=

≅

i=

i=

∑( i − ) 

0





2

4



i=1







n

n

2

2

∑ x n

x

i −

− ∑ i

i 1

=

i 1

t −

=

2

→

= ,1645

1 ∑ n(2 xi − 2)2

2

i 1

=

∑ n(

n

n

2 x Y

x

Y

x

x

n

x

i

i − 3

2

i

− 2 i −1+ 4 i )

2

2

n

∑ i − − ∑

1

i

ODP : i=

> ,1645 ⋅

∑(2 x

i − 2)2

1

i 1

=

i 1

=

+

2

2

i 1

=

2

 n

n

n

∑ (



2 x Y

x

Y

x

x

n

x

i

i − 3

2

i

− 2 i −1+ 4 i ) 2

2

∑ i − − ∑ i 

i 1

=

i 1

=

i 1



=



−

⋅ 2



2

2











> ,

1 645

∑ n(2 xi − 2)2

i 1

=

n

n

n

n

n

2∑ x Y

x

Y

n

x

x

n

i

i − 2

2

∑ i − 2∑ i − + 4∑ i − 2∑ i +

i 1

=

i 1

=

i 1

=

i 1

=

i 1

=

> ,

1 645

∑ n(2 xi − 2)2

i 1

=

n

n

n

n

2∑ x Y

x

Y

x

i

i − 2

2

∑ i − 2∑ i + 2∑ i i 1

=

i 1

=

i 1

=

i 1

=

> ,

1 645

∑ n(2 xi − 2)2

i 1

=

∑ n( Y x x

i −

i )( i −

)1

i 1

=

> ,

1 645

∑ n(1− xi )2

i 1

=