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1 UNIVERDIDADE FEDERAL DA PARAÍBA CCSA – DFC Matemática Atuarial I - Professor: Azamor Cirne de Azevedo Filho IDADES FRACIONADAS A mortalidade entre duas idades inteiras x e x+1 pode se comportar de três principais modos, a saber: comportamento uniforme, comportamento exponencial e comportamento hiperbólico. O gráfico abaixo mostra de forma genérica o comportamento da mortalidade entre duas idades inteiras. Pode-se verificar que a mortalidade é mais acentuada no comportamento hiperbólico e menos acentuada no comportamento uniforme e o comportamento exponencial situa-se em uma posição intermediária. Esses comportamento são também denominados de interpolação, pois de certo modo também se está procurando determinar o número de sobrevivente em um certo intervalo de tempo a partir de dois outros conhecidos. As probabilidades entre duas idades inteiras serão calculadas nos seguintes intervalos de tempo como no gráfico abaixo: A) Mortalidade Com Comportamento Linear (interpolação Linear). Também denominada de interpolação linear. Neste tipo supõe-se que a mortalidade ocorre de maneira uniforme, ou seja, morrem quantidades iguais em intervalos de tempos iguais. Obtenção dos principais parâmetros na mortalidade com comportamento Uniforme. a) Sobreviventes na idade “x+t” anos. Observe que “t” encontra-se no intervalo: 0 t 1 x tl a b t Para t = 0 → x 0l a b 0 → xl a 2 Para t = 1 → x 1l a b 1 → x 1 xl l b → x 1 xb l l Substituindo “a” e “b” na equação tem-se: x t x x 1 xl l (l l ) t → x t x x 1 xl l (l )t (l )t → x t x x 1l (1 t)l t (l ) Outra relação; x t x x 1 xl l (l l ) t → x t x x x 1l l (l l ) t → x t x xl l t d b) Probabilidade de uma vida na idade “x” falecer em t anos. Tem-se que: x t x xl l t d dividindo ambos os membros por xl tem-se: x t x x x x x l l d t l l l → t x xp 1 t q → t x x1 q 1 t q → t x xq t q c) Probabilidade de uma pessoa na idade “x+t” falecer em mais “1- t” anos, ou seja, entre “x+t” e “x+1”. Tem-se que: x t x t x 1 t x tq q ( p ) ( q ) → x t x1 t x t t x q q q p (I) Sabe-se que: t x xq t q (II) Sabe-se que: t x t x xp 1 q 1 t q (III) Substituindo (II) e (III) em (I), tem-se: Tem-se que: x t x x x x 1 t x t t x t x x q q q t q (1 t) q q p 1 q 1 t q (I) d) Probabilidade de uma pessoa na idade “x+t” falecer em mais “s” anos, ou seja entre “x+t” e “x+t+s” anos. 0 s 1 t Tem-se que: t s x t x t x s x tq q p q → t s x t x s x t t x ( q q ) q p (I) Sabe-se que: t x xq t q (II) t s x xq (t s)q (III) Substituindo (III) e (II) em (I), tem-se: x x s x t x (t s) q t q q 1 t q → x s x t x s q q 1 t q 3 A) Mortalidade Com Comportamento Exponencial (Interpolação Exponencial). Também denominada de interpolação exponencial. Neste tipo a mortalidade ocorre de forma exponencial. Obtenção dos principais parâmetros na mortalidade com comportamento Exponencial. Observe que “t” encontra-se no intervalo: 0 t 1 a) Sobreviventes na idade “x+t” anos. t x tl a b (I) Para t = 0 → 0 x 0l a b → x 0l a 1 → xl a Para t = 1 → 1 x 1l a b → x 1 xl l b → x 1 x l b l Substituindo “a” e “b” na equação (I) tem-se: t x tl a b → t x 1 x t x x l l l l → t x 1 x t x t x (l ) l l (l ) → 1 t t x t x x 1l (l ) (l ) b) Probabilidade de uma vida na idade “x” falecer em t anos. t x 1 x t x x l l l l → t x t x 1 x x l l l l → t t x xp p → t t x x1 q p → t t x xq 1 p c) Probabilidade de uma pessoa na idade “x+t” falecer em mais “1-t” anos, ou seja, entre “x+t” e “x+1”. Tem-se que: x t x 1 t x tp p p → x 1 t x t t x p p p (I) Sabe-se que: t t x xp p (II) Substituindo (II) em (I), tem-se: x 1 t x t t x p p p → x 1 t x t t x p p (p ) → (1 t) 1 t x t xp (p ) Outra relação: (1 t) 1 t x t xp (p ) → (1 t) 1 t x t x1 q (p ) → (1 t ) 1 t x t xq 1 (p ) d) Probabilidade de uma pessoa na idade “x+t” falecer em mais “s” anos, ou seja entre “x+t” e “x+t+s” anos. 0 s 1 t Tem-se que: t s x t x s x tp p p → t s x s x t t x p p p (I) 4 Sabe-se que: t t x xp p (II) (t s) t s x xp p (III) Substituindo (III) e (II) em (I), tem-se: t s x s x t t x p p p → t s x s x t t x (p ) p (p ) → t s t s x t x xp (p ) (p ) → t s t s x t xp (p ) → s s x t xp (p ) s s x t xp (p ) → s s x t x1 q (p ) → s s x t xq 1 (p ) C) Mortalidade com comportamento Hiperbólico. Também denominada de Interpolação Harmônica ou de Balducci. Neste tipo a mortalidade ocorre de forma hiperbólica. Obtenção dos principais parâmetros na mortalidade com comportamento Hiperbólico. a) Sobreviventes na idade “x+t” anos. Observe que “t” encontra-se no intervalo: 0 t 1 . Neste tipo de interpolação supõe-se que a mortalidade ocorre segundo uma função hiperbólica do tipo 1 f(x) y a b x e que em termos atuariais é representada como x t 1 l a b t . Para t = 0 → x 0 1 l a b 0 → x 1 l a → x 1 a l Para t = 1 → x 1 1 l a b 1 → x 1 1 l a b → x 1 1 a b l → x x 1 1 1 b l l → x 1 x 1 1 b l l Substituindo “a” e “b” na equação x t 1 l a b t tem-se: x t x x 1 x 1 l 1 1 1 ( ) t l l l → x t x x 1 x 1 l 1 1 1 ( ) t ( ) t l l l → x t x x 1 1 l 1 1 (1 t) t ( ) l l 1 1 x t x x 1 1 l 1 1 (1 t) t ( ) l l → x t x x 1 1 1 1 (1 t) t ( ) l l l 5 b) Probabilidade de uma vida na idade “x” falecer em t anos. Tem-se que: x t x x 1 1 l 1 1 (1 t) t ( ) l l x t x x x x 1 1 1 1 l 1 1l l (1 t) t ( ) l l → x t x xx x x 1 l 1 l ll (1 t) t ( ) l l → t x x 1 p 1 (1 t) t ( ) p → t x x x 1 p (1 t) p t p → x t x x p p t (1 t) p Outra relação: x t x x p p t (1 t) p = x x p t (1 t)(1 q ) = x xx p t 1 q t t q = x x p 1 (1 t) q = x x 1 q 1 (1 t) q Outra relação: x t x x 1 q p 1 (1 t) q → x t x x 1 q 1 q 1 (1 t) q → x t x x 1 q q 1 1 (1 t) q → → x x t x x 1 (1 t) q (1 q ) q 1 (1 t) q → x x x t x x 1 q t q 1 q q 1 (1 t) q → x t x x t q q 1 (1 t) q c) Probabilidade de uma pessoa na idade “x+t” falecer em mais “1- t” anos, ou seja, entre “x+t” e “x+1”. Tem-se que: x t x 1 t x tp p p → x 1 t x t t x p p p (I) e que: x t x x p p 1 (1 t) q (II) Substituindo (II) em (I) tem-se: x 1 t x t x x p p p 1 (1 t) q → 1 t x t xp 1 (1 t) q → 1 t x t x1 q 1 (1 t) q → 1 t x t xq (1 t) q d) Probabilidade de uma pessoa na idade “x+t” falecer em mais “s” anos, ou seja, entre “x+t” e “x+t+s” anos. 0 s 1 t Tem-se que: t s x t x s x tp p p → t s x s x t t x p p p (I) 6 x t x x 1 q p 1 (1 t) q (II) x t s x x 1 q p 1 (1 (t s)) q (III) Substituindo (II) e (III) em (I) tem-se: x x s x t x x 1 q 1 (1 (t s)) q p 1 q 1 (1 t) q → x s x t x 1 (1 t) q p 1 (1 (t s)) q → → x s x t x 1 (1 t) q 1 q 1 (1 (t s)) q → x s x t x 1 (1 t) q q 1 1 (1 (t s)) q → → x x s x t x 1 (1 (t s)) q (1 (1 t) q ) q 1 (1 (t s)) q → x x x s x t x 1 q (t s)) q 1 (1 t) q ) q 1 (1 (t s)) q → → x x x x x s x t x q t q s q q t q q 1 (1 (t s)) q → x s x t x s q q 1 (1 t s) q Resumo das Fórmulas: Mortalidade Probabilidade t xq 1-t x+tq s x+tq t xp x+tl Uniforme xt q x x (1 t) q 1 t q x x s q 1 t q x1 t q x t x xl l t d Exponencial t x1 (p ) (1 t) x1 (p ) s x1 (p ) t x(p ) t x 1 x t x x l l l l Balducci x x t q 1 (1 t) q x(1 t) q x x s q 1 (1 t s) q x x p 1 (1 t) q x t x x 1 x 1 l 1 1 1 ( )t l l l EXEMPLOS ex 01) Seja xq = 0,02, calcule 0,6 80,3p supondo distribuição uniforme de mortalidade. Solução: Sabe-se que sob distribuição uniforme t x xq t q 80,9 80,9 80 0,9 80 0,9 80 0,6 80,3 80,3 80,3 80 0,3 80 0,3 80 l l / l p 1 q p l l / l p 1 q Substituindo a fórmula da mortalidade uniforme, tem-se: 7 0,9 80 80 0,6 80,3 0,3 80 80 1 q 1 0,9 q p 1 q 1 0,3 q 0,9 80 0,6 80,3 0,3 80 1 q 1 0,9 0,02 p 1 q 1 0,3 0,02 = 0,98793 De outro modo: x s x t x s q q 1 t q → 0,6 x 0,3 0,6 0,02 q 1 0,3 0,02 = 0,01207 s x t s x tq 1 q → s x tq = 1 – 0,01207 = 0,98793 ex 02) A partir da tábua abaixo e supondo a mortalidade uniforme calcule 1,4 3q e 1,4 3,5q . x lx dx 0 100.000 501 1 99.499 504 2 98.995 506 3 98.489 509 4 97.980 512 5 97.468 514 Solução: ● Cálculo de 1,4 3q 1,4 3 1,4 3 3 0,4 4q 1 p 1 (p p ) Tem-se que: 4 3 3 l p l e 0,4 4 0,4 4p 1 q 41,4 3 3 1,4 4 0,4 4 3 l q 1 (p p ) 1 (1 q ) l Tem-se que na mortalidade uniforme t x xq t q , então: 44 4 4 1,4 3 0,4 4 4 3 3 3 4 dl l l q 1 (1 q ) 1 (1 0,4 q ) 1 (1 0,4 ) l l l l Substituindo os valores tem-se: 1,4 3 97980 512 q 1 (1 0,4 ) 98489 97980 = 0,00726 ● Cálculo de 1,4 3,5q 1,4 3,5 1,4 3,5q 1 p 8 4,9 1,4 3,5 1,4 3,5 3,5 l q 1 p 1 l Na distribuição de mortalidade uniforme tem-se: x t x xl l t d , então: 4,9 4 4 1,4 3,5 1,4 3,5 3,5 3 3 l l 0,9 d q 1 p 1 1 l l 0,5 d 4 4 1,4 3,5 3 3 l 0,9 d q 1 l 0,5 d → 4 1,4 3,5 3 l 0,9 506 q 1 l 0,5 504 = 0,007281 De outro modo: x lx dx qx px 0 100.000 501 0,00501 0,99499 1 99.499 504 0,00507 0,99493 2 98.995 506 0,00511 0,99489 3 98.489 509 0,00517 0,99483 4 97.980 512 0,00523 0,99477 5 97.468 514 0,00527 0,99473 ● Determinação de 1,4 3q : Observação: Como as leis (linear, exponencial e Balducci) só valem no intervalo entre duas idades inteiras [x,x+1]. O cálculo das probabilidades de sobrevivência ou de mortalidade envolvendo idades fracionadas deve sempre que possível ser dividida em partes. Entende-se por idade fracionada qualquer idade entre duas idades inteiras, e seja “t” um número situado no intervalo 0 t 1 . O tempo a ser usado para o cálculo das referidas probabilidades a partir de uma certa idade, deve sempre que possível ser particionado de modo a se efetuar os cálculos probabilísticos envolvendo as seguintes partições: Primeiro - probabilidade no intervalo entre a idade fracionada em que se encontra e a idade inteira seguinte. Segundo - probabilidade nos intervalos entre todas as idades inteiras seguintes. Terceiro – probabilidade no intervalo entre a idade inteira mais avançada e essa idade somada a fração de idade restante. A probabilidade 1,4 3q deve ser particionada como: 1,4 3 1 3 0,4 4q q q cálculo de 0,4 4q mortalidade uniforme: t x xq t q → 0,4 4q 0,4 0,00523 = 0,00209 9 1 3q = 0,00517 1,4 3 1 3 0,4 4q q q → 1,4 3q = 0,00517 + 0,00209 = 0,00726 ● Determinação de 1,4 3,5q : 1,4 3,5 0,5 3,5 0,9 4q q q cálculo de 0,5 3,5q x s x t x s q q 1 t q → 3 0,5 3 0,5 3 0,5 q q 1 0,5 q → 0,5 3 0,5 0,000,5 q 1 0,5 517 0,00517 = 0,00259 cálculo de 0,9 4q mortalidade uniforme: t x xq t q → 0,9 4q 0,9 0,00523 = 0,00470 1,4 3,5 0,5 3,5 0,9 4q q q = 0,00259 + 0,00470 = 0,00729 ex 03) Se xq = 0,1 calcule 0,5 xq e 0,5 x 0,5q supondo: a) distribuição uniforme de mortalidade b) distribuição exponencial de mortalidade c) distribuição de mortalidade hiperbólica ou interpolação harmônica ou Balducci Solução: ●● Cálculo de 0,5 xq dados: xq = 0,1 ; xp = 0,9 ; t = 0,5 ● Uniforme: t x xq t q → 0,5 xq 0,5 0,1 = 0,05000 ● Exponencial: t t x xq 1 (p ) → 0,5 0,5 xq 1 (0,9) = 0,05132 ● Balducci: x t x x t q q 1 (1 t) q → 0,5 x 0,5 0,1 q 1 (1 0,5) 0,1 = 0,05263 10 ●● Cálculo de 0,5 x 0,5q dados: dados: xq = 0,1 ; xp = 0,9 ; t = 0,5 ; s = 0,5● Uniforme: x s x t x s q q 1 t q → x 0,5 x 0,5 0,5 0,1 q 1 0,5 0,1 = 0,05263 ● Exponencial: s s x t xq 1 (p ) → 0,5 0,5 x 0,5q 1 (0,9) = 0,05132 ● Balducci: x s x t x s q q 1 (1 t s) q → 0,5 x 0,5 0,5 0,1 q 1 (1 0,5 0,5) 0,1 = 0,05000 ex 04) Sejam: x= 35 ; xq = 0,4 ; t = 0,3 ; s = 0,5. Calcule: t xq ; 1 t x tq ; s x tq ; t xp . Solução: x qx px t 1 - t x+t s t + s 1 - (t + s) x+t+s 35 0,4 0,6 0,30 0,70 35,30 0,50 0,80 0,20 35,80 Mortalidade Probabilidade t xq 1-t x+tq s x+tq t xp x+tl Uniforme 0,12000 0,3181818 0,227273 0,88000 Exponencial 0,14208 0,30063 0,225403 0,85792 Balducci 0,16667 0,28000 0,217391 0,83333 ex 05) Sejam: xp = 0,97 ; x 1p = 0,95 ; x 1,75e = 18,5. Calcule x 0,75e supondo: a) mortalidade uniforme b) mortalidade exponencial c) mortalidade hiperbólica (Balducci) d) mortalidade uniforme entre x e x+1 e exponencial entre x+1 e x+2 11 Solução: lembrando que: x 1 x 2 x 3 xe p p p ... x 1 x x 1e p (1 e ) , tem-se: x 0,75 1 x 0,75 2 x 0,75 3 x 0,75e p p p ... x 0,75 1 x 0,75 1 x 0,75 1 x 1,75 1 x 0,75 2 x 1,75e p p p p p ... x 0,75 1 x 0,75 1 x 1,75 2 x 1,75 1 x 0,75 x 1,75e p (1 p p ...) p (1 e ) x 0,75 1 x 0,75 x 1,75e p (1 e ) → x 0,75 1 x 0,75e p (1 18,5) → x 0,75 1 x 0,75e p (19,5) Cálculo de 1 x 0,75p . Tem-se que: 1 x 0,75 0,25 x 0,75 0,75 x 1p p p ●● Cálculo de 0,25 x 0,75p dados: xp = 0,97 ; xq = 0,03 ; t = 0,75 ; s = 0,25 ● Supondo mortalidade uniforme: x s x t x s q q 1 t q → 0,25 x 0,75 0,25 (0,03) q 1 0,75 (0,03) = 0,00767 0,25 x 0,75 0,25 x 0,75p 1 p = 1 – 0,00767 = 0,99233 ● Supondo mortalidade exponencial: s s x t xq 1 (p ) → 0,25 0,25 x 0,75q 1 (0,97) = 0,00759 0,25 x 0,75 0,25 x 0,75p 1 p = 1 – 0,00759 = 0,99241 ● Supondo mortalidade hiperbólica (Balducci): x s x t x s q q 1 (1 t s) q → 0,25 x 0,75 0,25 0,03 q 1 (1 0,75 0,25) 0,03 = 0,00750 0,25 x 0,75 0,25 x 0,75p 1 p = 1 – 0,00750 = 0,99250 ●● Cálculo de 0,75 x 1p dados: x 1p = 0,95 ; x 1q = 0,05 ; t = 0,75 ● Supondo mortalidade uniforme: t x xq t q → 0,75 x 1q 0,75 (0,05) = 0,03750 t x t xp 1 q → 0,75 x 1 0,75 x 1p 1 q = 1 – 0,03750 = 0,96250 12 ● Supondo mortalidade exponencial: t t x xq 1 (p ) → 0,75 0,75 x 1q 1 (0,95) = 0,03774 t x t xp 1 q → 0,75 x 1 0,75 x 1p 1 q = 1 – 0,03774 = 0,96226 ● Supondo mortalidade hiperbólica (Balducci): x t x x t q q 1 (1 t) q → t x 0,75 0,05 q 1 (1 0,75) 0,05 = 0,03797 t x t xp 1 q → 0,75 x 1 0,75 x 1p 1 q = 1 – 0,03797 = 0,96203 ●● Cálculo de x 0,75e Tem-se que: x 0,75 1 x 0,75 x 1,75e p (1 e ) 1 x 0,75 0,25 x 0,75 0,75 x 1p p p x 1,751 e = 1 + 18,5 = 19,5 ● Cálculo de x 0,75e - distribuição uniforme: 1 x 0,75 0,25 x 0,75 0,75 x 1p p p = (0,99233)(0,96250) = 0,95512 x 0,75 1 x 0,75 x 1,75e p (1 e ) = 0,95512(19,5) = 18,62474 ● Cálculo de x 0,75e - distribuição exponencial: 1 x 0,75 0,25 x 0,75 0,75 x 1p p p = (0,99241)(0,96226) = 0,95496 x 0,75 1 x 0,75 x 1,75e p (1 e ) = 0,95496(19,5) = 18,62174 ● Cálculo de x 0,75e - distribuição hiperbólica: 1 x 0,75 0,25 x 0,75 0,75 x 1p p p = (0,99250)(0,96203) = 0,95481 x 0,75 1 x 0,75 x 1,75e p (1 e ) = 0,95481(19,5) = 18,61880 ●● Cálculo de x 0,75e - distribuição uniforme entre x e x+1 e exponencial entre x+1 e x+2: 1 x 0,75 0,25 x 0,75 0,75 x 1p p p = (0,99233)(0,96226) = 0,94763 x 0,75 1 x 0,75 x 1,75e p (1 e ) = 0,95512(19,5) = 18,47886
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