Some Applications of Markov Additive Processes as Models in Insurance and Financial Mathematics

Cette thèse est principalement constituée de trois articles traitant des processus markoviens additifs, des processus de Lévy et d'applications en finance et en assurance. Le premier chapitre est une introduction aux processus markoviens additifs (PMA), et une présentation du problème de ruine et de notions fondamentales des mathématiques financières. Le deuxième chapitre est essentiellement l'article "Lévy Systems and the Time Value of Ruin for Markov Additive Processes" écrit en collaboration avec Manuel Morales et publié dans la revue European Actuarial Journal. Cet article étudie le problème de ruine pour un processus de risque markovien additif. Une identification de systèmes de Lévy est obtenue et utilisée pour donner une expression de l'espérance de la fonction de pénalité actualisée lorsque le PMA est un processus de Lévy avec changement de régimes. Celle-ci est une généralisation des résultats existant dans la littérature pour les processus de risque de Lévy et les processus de risque markoviens additifs avec sauts "phase-type". Le troisième chapitre contient l'article "On a Generalization of the Expected Discounted Penalty Function to Include Deficits at and Beyond Ruin" qui est soumis pour publication. Cet article présente une extension de l'espérance de la fonction de pénalité actualisée pour un processus subordinateur de risque perturbé par un mouvement brownien. Cette extension contient une série de fonctions escomptée éspérée des minima successives dus aux sauts du processus de risque après la ruine. Celle-ci a des applications importantes en gestion de risque et est utilisée pour déterminer la valeur espérée du capital d'injection actualisé. Finallement, le quatrième chapitre contient l'article "The Minimal entropy martingale measure (MEMM) for a Markov-modulated exponential Lévy model" écrit en collaboration avec Romuald Hervé Momeya et publié dans la revue Asia-Pacific Financial Market. Cet article présente de nouveaux résultats en lien avec le problème de l'incomplétude dans un marché financier où le processus de prix de l'actif risqué est décrit par un modèle exponentiel markovien additif. Ces résultats consistent à charactériser la mesure martingale satisfaisant le critère de l'entropie. Cette mesure est utilisée pour calculer le prix d'une option, ainsi que des portefeuilles de couverture dans un modèle exponentiel de Lévy avec changement de régimes.

Előszó egy pénzügyi matematika tankönyvhöz = Preface to a textbook on financial mathematics

A szerző a pénzügyi válság kapcsán a pénzügyi matematikát ért kritikai észrevételekre próbál válaszolni. Megítélése szerint a pénzügyi matematika negatív hatása a magyarországi pénzügyi problémák esetében nem mutatható ki, ugyanis Magyarországon a pénzügyi döntések mindenfajta kvantitatív megalapozás nélkül, nagyrészt politikai alapon történtek, így a felelősséget is a politikát körülvevő gazdaságpolitikusoknak kell viselniük. A matematikai modellek legfőbb felhasználási területe nem a konkrét pénzügyi döntések megalapozásában, hanem sokkal inkább az oktatásban található. _____ The author discusses some critical observations about financial mathematics in connection with the financial crisis. In his view no negative effect of financial mathematics on Hungary's financial problems can be observed, since the financial decisions in Hungary were made without any kind of serious quantitative basis. The decisions were made mainly on political ground, so that the blame must go to economic politicians involved in that policy. The main area of application of mathematical models is not its application in specific financial decisions, but far more in the field of education.

The impact of an online mathematics education project (MATACTIVA) on higher education students

The Online Mathematics Education Project (MatActiva) is an exciting new initiative which aims to support and enhance mathematics education. The project is led by the Institute of Accounting and Administration of Porto (ISCAP), part of the Polytechnic Institute of Porto (IPP). It provides innovative resources and carefully constructed materials around themes such as Elementary Mathematics, Calculus, Algebra, Statistics and Financial Mathematics to help support and inspire students and teachers of mathematics. The goal is to increase mathematical understanding, confidence and enjoyment, enrich the mathematical experience of each person, and promote creative and imaginative approaches to mathematics. Furthermore the project can be used to deliver engaging and effective mathematics instruction through the flipped classroom model. This paper also presents the findings of a large survey, whose propose was to study the student’s reaction to the project.

Vom Finanz- zum Wissenschaftsbetrug : Methode, den Irrungen in der medizinischen Literatur beizukommen [From financial to scientific fraud : Methods to detect discrepancies in the medical literature].

Fraud is as old as Mankind. There are an enormous number of historical documents which show the interaction between truth and untruth; therefore it is not really surprising that the prevalence of publication discrepancies is increasing. More surprising is that new cases especially in the medical field generate such a huge astonishment. In financial mathematics a statistical tool for detection of fraud is known which uses the knowledge of Newcomb and Benford regarding the distribution of natural numbers. This distribution is not equal and lower numbers are more likely to be detected compared to higher ones. In this investigation all numbers contained in the blinded abstracts of the 2009 annual meeting of the Swiss Society of Anesthesia and Resuscitation (SGAR) were recorded and analyzed regarding the distribution. A manipulated abstract was also included in the investigation. The χ(2)-test was used to determine statistical differences between expected and observed counts of numbers. There was also a faked abstract integrated in the investigation. A p<0.05 was considered significant. The distribution of the 1,800 numbers in the 77 submitted abstracts followed Benford's law. The manipulated abstract was detected by statistical means (difference in expected versus observed p<0.05). Statistics cannot prove whether the content is true or not but can give some serious hints to look into the details in such conspicuous material. These are the first results of a test for the distribution of numbers presented in medical research.

Financial Decisions via Methods of Guaranteed Control Theory

AMS subject classification: 93C95, 90A09.

Aplicação da matemática em investimentos financeiros : caderneta de poupança e títulos públicos

Iniciando com um breve estudo de porcentagem e algumas de suas aplicações, o desenvolvimento deste trabalho consiste de uma revisão dos fundamentos da matemática financeira e suas aplicações em dois tipos de investimentos financeiros denominados caderneta de poupança e títulos públicos. Além do clássico estudo de juros simples e compostos, associando-os a progressões aritméticas e geométricas, respectivamente, aborda-se sobre os vários tipos de taxas (proporcionais e equivalentes, nominais e efetivas, variáveis e acumuladas) incluindo a conceituação de taxa por dia útil. Fundamentado nos assuntos mencionados, o trabalho encerra-se com uma aplicação da matemática financeira associada a investimentos na caderneta de poupança e nos diversos títulos públicos negociados no Tesouro Direto.

Uma aplicação de matemática financeira à análise de títulos de renda fixa

No dia a dia, as pessoas sabem que existem várias aplicações financeiras, mas a grande maioria não possui o conhecimento necessário para escolher qual o melhor investimento para o seu dinheiro. E assim, muitas vezes acabam investindo somente na poupança, talvez pela sua simplicidade ou por sua popularidade. Neste trabalho, buscamos mostrar a importância da Matemática Financeira para o entendimento de investimentos. Através de uma abordagem de Progressões Geométrica e Aritmética e, consequentemente, da Matemática Financeira, são apresentadas algumas aplicações financeiras, com seus conceitos, cálculos e atividades que mostram como compará-las. Assim, no trabalho são descritos conceitos e propriedades das Progressões Geométrica e Aritmética, e da Matemática Financeira e, como aplicação desse conteúdo, são apresentados o conceito e o cálculo de diversas taxas (equivalência de taxas, taxas efetiva e nominal, taxa pré e pós-fixada, taxas variáveis, taxa referencial), além de alguns investimentos financeiros (poupança, CDB, LCI). Buscando consolidar esse estudo desenvolvido, apresentamos no final do trabalho uma proposta de atividades a serem realizadas em sala de aula, que contemplam cálculos da rentabilidade dos investimentos, mostrando ao aluno como calcular e comparar esses rendimentos.

Technical-economic analysis of different lighting systems for broiler poultry

ABSTRACT Broiler poultry is highly dependent on artificial lightening. Power consumption costs of artificial lighting systems is the second largest expense related to broiler industry, second only to feed expenses. Therefore, the current study focused to analyze technical and economic feasibility of replacing incandescent lamps already used in aviaries with other lamp types. Costs related to power consumption, implementation and maintenance of the lighting systems were evaluated with the aid of financial mathematics using net present value, return over investment and payback. Systems composed of six lamp types were analyzed in two different configurations to meet the minimum illuminance of 5 and 20 lux and for use in conventional sheds and dark house. The lamps tested were incandescent (LI) of 100 W, compact fluorescent (CFL) of 34 W, mixed (ML) 160 W sodium vapor (SVL) of 70 W, tubular fluorescent T8 (TFL T8) of 40 W and tubular fluorescent T5 (TFL T5) of 28 W. For the systems tested, it was found that the tubular fluorescent lamps T8 and T5 showed the best results of technical and economic feasibility.

Modélisation du carnet d'ordres limites et prévision de séries temporelles

Le contenu de cette thèse est divisé de la façon suivante. Après un premier chapitre d’introduction, le Chapitre 2 est consacré à introduire aussi simplement que possible certaines des théories qui seront utilisées dans les deux premiers articles. Dans un premier temps, nous discuterons des points importants pour la construction de l’intégrale stochastique par rapport aux semimartingales avec paramètre spatial. Ensuite, nous décrirons les principaux résultats de la théorie de l’évaluation en monde neutre au risque et, finalement, nous donnerons une brève description d’une méthode d’optimisation connue sous le nom de dualité. Les Chapitres 3 et 4 traitent de la modélisation de l’illiquidité et font l’objet de deux articles. Le premier propose un modèle en temps continu pour la structure et le comportement du carnet d’ordres limites. Le comportement du portefeuille d’un investisseur utilisant des ordres de marché est déduit et des conditions permettant d’éliminer les possibilités d’arbitrages sont données. Grâce à la formule d’Itô généralisée il est aussi possible d’écrire la valeur du portefeuille comme une équation différentielle stochastique. Un exemple complet de modèle de marché est présenté de même qu’une méthode de calibrage. Dans le deuxième article, écrit en collaboration avec Bruno Rémillard, nous proposons un modèle similaire mais cette fois-ci en temps discret. La question de tarification des produits dérivés est étudiée et des solutions pour le prix des options européennes de vente et d’achat sont données sous forme explicite. Des conditions spécifiques à ce modèle qui permettent d’éliminer l’arbitrage sont aussi données. Grâce à la méthode duale, nous montrons qu’il est aussi possible d’écrire le prix des options européennes comme un problème d’optimisation d’une espérance sur en ensemble de mesures de probabilité. Le Chapitre 5 contient le troisième article de la thèse et porte sur un sujet différent. Dans cet article, aussi écrit en collaboration avec Bruno Rémillard, nous proposons une méthode de prévision des séries temporelles basée sur les copules multivariées. Afin de mieux comprendre le gain en performance que donne cette méthode, nous étudions à l’aide d’expériences numériques l’effet de la force et la structure de dépendance sur les prévisions. Puisque les copules permettent d’isoler la structure de dépendance et les distributions marginales, nous étudions l’impact de différentes distributions marginales sur la performance des prévisions. Finalement, nous étudions aussi l’effet des erreurs d’estimation sur la performance des prévisions. Dans tous les cas, nous comparons la performance des prévisions en utilisant des prévisions provenant d’une série bivariée et d’une série univariée, ce qui permet d’illustrer l’avantage de cette méthode. Dans un intérêt plus pratique, nous présentons une application complète sur des données financières.

Exam 1999

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