<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?><!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.0 20120330//EN" "JATS-journalpublishing1.dtd"><article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" article-type="research-article">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">MSTA</journal-id>
<journal-title-group><journal-title>Modern Stochastics: Theory and Applications</journal-title></journal-title-group>
<issn pub-type="epub">2351-6054</issn>
<issn pub-type="ppub">2351-6046</issn>
<issn-l>2351-6046</issn-l>
<publisher>
<publisher-name>VTeX</publisher-name><publisher-loc>Mokslininkų g. 2A, 08412 Vilnius, Lithuania</publisher-loc>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">MSTA158</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.15559/20-MSTA158</article-id>
<article-categories><subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Research Article</subject></subj-group></article-categories>
<title-group>
<article-title>Approximations of the ruin probability in a discrete time risk model</article-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Santana</surname><given-names>David J.</given-names></name><email xlink:href="mailto:david.santana@ujat.mx">david.santana@ujat.mx</email><xref ref-type="aff" rid="j_vmsta158_aff_001">a</xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0002-3190-6388</contrib-id>
<name><surname>Rincón</surname><given-names>Luis</given-names></name><email xlink:href="mailto:lars@ciencias.unam.mx">lars@ciencias.unam.mx</email><xref ref-type="aff" rid="j_vmsta158_aff_002">b</xref><xref ref-type="corresp" rid="cor1">∗</xref>
</contrib>
<aff id="j_vmsta158_aff_001"><label>a</label><institution>División Académica de Ciencias Básicas</institution>, UJAT, <country>México</country></aff>
<aff id="j_vmsta158_aff_002"><label>b</label>Departamento de Matemáticas, Facultad de Ciencias, <institution>UNAM</institution>, <country>México</country></aff>
</contrib-group>
<author-notes>
<corresp id="cor1"><label>∗</label>Corresponding author.</corresp>
</author-notes>
<pub-date pub-type="ppub"><year>2020</year></pub-date>
<pub-date pub-type="epub"><day>4</day><month>8</month><year>2020</year></pub-date><volume>7</volume><issue>3</issue><fpage>221</fpage><lpage>243</lpage>
<history>
<date date-type="received"><day>2</day><month>6</month><year>2020</year></date>
<date date-type="rev-recd"><day>18</day><month>7</month><year>2020</year></date>
<date date-type="accepted"><day>18</day><month>7</month><year>2020</year></date>
</history>
<permissions><copyright-statement>© 2020 The Author(s). Published by VTeX</copyright-statement><copyright-year>2020</copyright-year>
<license license-type="open-access" xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<license-p>Open access article under the <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">CC BY</ext-link> license.</license-p></license></permissions>
<abstract>
<p>Based on a discrete version of the Pollaczeck–Khinchine formula, a general method to calculate the ultimate ruin probability in the Gerber–Dickson risk model is provided when claims follow a negative binomial mixture distribution. The result is then extended for claims with a mixed Poisson distribution. The formula obtained allows for some approximation procedures. Several examples are provided along with the numerical evidence of the accuracy of the approximations.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<label>Keywords</label>
<kwd>Ruin probability</kwd>
<kwd>risk process</kwd>
</kwd-group>
<kwd-group kwd-group-type="MSC2010">
<label>2010 MSC</label>
<kwd>91B30</kwd>
<kwd>91G99</kwd>
</kwd-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="j_vmsta158_s_001">
<label>1</label>
<title>Introduction</title>
<p>Several models have been proposed for a discrete time<xref ref-type="fn" rid="j_vmsta158_fn_001">2</xref><fn id="j_vmsta158_fn_001"><label><sup>2</sup></label>
<p>We will reserve the use of letter <italic>n</italic> for the approximation procedures proposed later on.</p></fn> risk process <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_001"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>:</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\{U(t):t=0,1,\dots \}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. The following model is known as a compound binomial process and was first considered in [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta158_ref_007">7</xref>], 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_001">
<label>(1)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ U(t)=u+t-{\sum \limits_{i=1}^{N(t)}}{X_{i}},\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_002"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$U(0)=u\ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is an integer representing the initial capital and the counting process <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_003"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>:</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\{N(t):t=0,1,\dots \}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> has a <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_004"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext>Binomial</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\text{Binomial}(t,p)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> distribution, where <italic>p</italic> stands for the probability of a claim in each period. The discrete random variables <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_005"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{1}},{X_{2}},\dots $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are i.i.d. with probability function <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_006"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${f_{X}}(x)=ℙ({X_{i}}=x)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_007"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$x=1,2,\dots $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and mean <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_008"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\mu _{X}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> such that <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_009"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>·</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\mu _{X}}\cdot p<1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. This restriction comes from the net profit condition. Each <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_010"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> represents the total amount of claims in the <italic>i</italic>-th period where claims existed. In each period, one unit of currency from premiums is gained. The top-left plot of Figure <xref rid="j_vmsta158_fig_001">1</xref> shows a possible realization of this risk process. The ultimate ruin time is defined as 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_002">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>:</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \tau =\min \hspace{0.1667em}\{t\ge 1:U(t)\le 0\},\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
as long as the indicated set is not empty, otherwise <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_011"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\tau :=\infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Hence, the probability of ultimate ruin is 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_003">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∣</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \psi (u)=ℙ(\tau <\infty \mid U(0)=u).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
The reader should be aware that some authors, for example in [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta158_ref_015">15</xref>], consider models where ruin occurs only when the condition <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_012"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$U(t)<0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is satisfied.</p>
<fig id="j_vmsta158_fig_001">
<label>Fig. 1.</label>
<caption>
<p>Discrete time risk process trajectories and some related quantities</p>
</caption>
<graphic xlink:href="vmsta158_g001.jpg"/>
</fig>
<p>One central problem in the theory of ruin is to find <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_013"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\psi (u)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. For the above model this probability can be calculated using the following relation known as Gerber’s formula [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta158_ref_007">7</xref>], <disp-formula-group id="j_vmsta158_dg_001">
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_004">
<label>(2)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right center left" columnspacing="10.0pt 10.0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="eqnarray-1"><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-2"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-3"><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo>·</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{array}{r@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}l}\displaystyle \psi (0)& \displaystyle =& \displaystyle p\cdot {\mu _{X}},\end{array}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_005">
<label>(3)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right center left" columnspacing="10.0pt 10.0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="eqnarray-1"><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-2"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-3"><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{array}{r@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}l}\displaystyle \psi (u)& \displaystyle =& \displaystyle (1-p)\psi (u+1)+p{\sum \limits_{x=1}^{u}}\psi (u+1-x)\hspace{0.1667em}{f_{X}}(x)+p\hspace{0.1667em}{\overline{F}_{X}}(u),\end{array}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</disp-formula-group> for <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_014"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$u=1,2,\dots $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, where <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_015"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo largeop="false" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\overline{F}_{X}}(u)=ℙ({X_{i}}>u)={\textstyle\sum _{x=u+1}^{\infty }}{f_{X}}(x)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>An apparently simpler risk model is defined as follows.</p><statement id="j_vmsta158_stat_001"><label>Definition 1.</label>
<p>Let <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_016"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$u\ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> be an integer and let <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_017"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{1}},{Y_{2}},\dots $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> be i.i.d. random variables taking values in <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_018"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\{0,1,\dots \}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. The Gerber–Dickson risk process <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_019"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>:</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\{U(t):t=0,1,\dots \}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is given by 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_006">
<label>(4)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ U(t)=u+t-{\sum \limits_{i=1}^{t}}{Y_{i}}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p></statement>
<p>In this case, at each unit of time there is always a claim of size <italic>Y</italic>. If <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_020"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\mu _{Y}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> denotes the expectation of this claim, the net profit condition now reads <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_021"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\mu _{Y}}<1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. It can be shown [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta158_ref_004">4</xref>, pp. 467] that this condition implies that <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_022"><alternatives><mml:math><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\psi (u)<1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, where the time of ruin <italic>τ</italic> and the ultimate ruin probability <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_023"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\psi (u)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are defined as before. One feature that makes this model simple is that all of its elements are discrete, but some studies [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta158_ref_002">2</xref>] have been carried out where continuous claims are incorporated.</p>
<p>Under a conditioning argument, it is easy to show that the probability of ruin satisfies the recursive relation <disp-formula-group id="j_vmsta158_dg_002">
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_007">
<label>(5)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right center left" columnspacing="10.0pt 10.0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="eqnarray-1"><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-2"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-3"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{array}{r@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}l}\displaystyle \psi (0)& \displaystyle =& \displaystyle {\mu _{Y}},\end{array}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_008">
<label>(6)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right center left" columnspacing="10.0pt 10.0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="eqnarray-1"><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-2"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-3">
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{array}{r@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}l}\displaystyle \psi (u)& \displaystyle =& \displaystyle {\sum \limits_{y=0}^{u}}{f_{Y}}(y)\hspace{0.1667em}\psi (u+1-y)+{\overline{F}_{Y}}(u),\hspace{1em}u\ge 1.\end{array}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</disp-formula-group></p>
<p>Now, given a compound binomial model (<xref rid="j_vmsta158_eq_001">1</xref>) we can construct a Gerber–Dickson model (<xref rid="j_vmsta158_eq_006">4</xref>) as follows. Let <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_024"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${R_{1}},{R_{2}},\dots $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> be i.i.d. <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_025"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext>Bernoulli</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\text{Bernoulli}(p)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> random variables and define <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_026"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>·</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{i}}={R_{i}}\cdot {X_{i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> where <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_027"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{i}}\in \{1,2,\dots \}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_028"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$i\ge 1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, as in model (<xref rid="j_vmsta158_eq_001">1</xref>). The distribution of these claims is <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_029"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${f_{Y}}(0)=1-p$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_030"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo>·</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${f_{Y}}(y)=p\cdot {f_{X}}(y)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, for <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_031"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$y\ge 1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>Conversely, given model (<xref rid="j_vmsta158_eq_006">4</xref>) and defining <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_032"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$p=1-{f_{Y}}(0)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, we can construct a model (<xref rid="j_vmsta158_eq_001">1</xref>) by letting claims <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_033"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> have distribution <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_034"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${f_{X}}(x)={f_{Y}}(x)/p$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, for <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_035"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$x\ge 1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. It can be readily checked that <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_036"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo>·</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\mu _{Y}}=p\cdot {\mu _{X}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and that the probability generating function of <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_037"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$U(t)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> in both models coincide. This shows models (<xref rid="j_vmsta158_eq_001">1</xref>) and (<xref rid="j_vmsta158_eq_006">4</xref>) are equivalent in the sense that <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_038"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$U(t)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> has the same distribution in both models. As expected, the recursive relations (<xref rid="j_vmsta158_eq_005">3</xref>) and (<xref rid="j_vmsta158_eq_008">6</xref>) can be easily obtained one from the other. Thus, results obtained for one model can be translated for the other model. For example, using model (<xref rid="j_vmsta158_eq_001">1</xref>), authors in [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta158_ref_003">3</xref>] find the ruin severity and the surplus just before the ruin, and a discrete version of the popular Gerber–Shiu function is used in [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta158_ref_010">10</xref>] and [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta158_ref_011">11</xref>] to solve problems on ruin time and ruin severity. A survey of results and models for several discrete time risk models can be found in [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta158_ref_012">12</xref>].</p>
<p>In this work we will use the notation of the Gerber–Dickson risk model (<xref rid="j_vmsta158_eq_006">4</xref>) and for simplicity we will write <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_039"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$f(y)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_040"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$F(y)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <italic>μ</italic> instead of <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_041"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${f_{Y}}(y)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_042"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${F_{Y}}(y)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_043"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\mu _{Y}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, respectively. Also, as time an other auxiliary variables are considered discrete, we will write, for example, <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_044"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$t\ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> instead of <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_045"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$t=0,1,\dots $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> Our main objective is to provide some methods to approximate the ultimate ruin probability for this risk model. The results obtained are the discrete version of those found in [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta158_ref_014">14</xref>].</p>
</sec>
<sec id="j_vmsta158_s_002">
<label>2</label>
<title>The Pollaczeck–Khinchine formula</title>
<p>The continuous version of Pollaczeck–Khinchine formula plays a major role in the theory of ruin for the Cramér–Lundberg model. On the contrary, its discrete version is seldom mentioned in the literature on discrete time risk models. In this section we develop this formula and apply it later to find a general method to calculate ultimate ruin probabilities for claims with particular distributions. The construction procedure we use for the discrete case resembles closely the one already known for the continuous case.</p>
<p>Assuming <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_046"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\tau <\infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, the non-negative random variable <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_047"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$W=|U(\tau )|$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is known as the severity of ruin. It indicates how large the capital drops below zero at the time of ruin. See the top-right plot of Figure <xref rid="j_vmsta158_fig_001">1</xref>. The joint probability of ruin and severity not greater than <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_048"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">w</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$w=0,1,\dots $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is denoted by 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_009">
<label>(7)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">w</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">w</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∣</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \varphi (u,w)=ℙ(\tau <\infty ,W\le w\mid U(0)=u).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
In [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta158_ref_005">5</xref>] it is shown that, in particular, 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_010">
<label>(8)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">w</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">w</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">w</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \varphi (0,w)={\sum \limits_{x=0}^{w}}\overline{F}(x),\hspace{1em}w\ge 0.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Hence, 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_011">
<label>(9)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">w</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∣</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">w</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">w</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">w</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ ℙ(\tau <\infty ,W=w\mid U(0)=0)=\varphi (0,w)-\varphi (0,w-1)=\overline{F}(w).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>This probability will be useful in finding the distribution of the size of the first drop of the risk process below its initial capital <italic>u</italic>, see Theorem <xref rid="j_vmsta158_stat_004">1</xref> below, which will lead us to the Pollaczeck–Khinchine formula. For every claim distribution, there is an associated distribution which often appears in the calculation of ruin probabilities. This is defined next.</p><statement id="j_vmsta158_stat_002"><label>Definition 2.</label>
<p>Let <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_049"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$F(y)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> be the distribution function of a discrete random variable with values <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_050"><alternatives>
<mml:math><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$0,1,\dots $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and with finite mean <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_051"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\mu \ne 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Its equilibrium probability function is defined by 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_012">
<label>(10)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {f_{e}}(y)=\overline{F}(y)/\mu ,\hspace{1em}y\ge 0.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p></statement>
<p>The probability function defined by (<xref rid="j_vmsta158_eq_012">10</xref>) is also known as the integrated-tail distribution, although this name is best suited to continuous distributions. For example, the equilibrium distribution associated to a <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_052"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext>Geometric</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\text{Geometric}(p)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> claim distribution with mean <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_053"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\mu =1/(1-p)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the same geometric since 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_013">
<label>(11)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {f_{e}}(y)=\overline{F}(y)/\mu ={(1-p)^{y+1}}\hspace{0.1667em}p/(1-p)=p\hspace{0.1667em}{(1-p)^{y}},\hspace{1em}y\ge 0.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>As in the continuous time risk models, let us define the surplus process <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_054"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>:</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\{Z(t):t\ge 0\}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> by 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_014">
<label>(12)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ Z(t)=u-U(t)={\sum \limits_{i=1}^{t}}({Y_{i}}-1).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
This is a random walk that starts at zero, it has stationary and independent increments and <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_055"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$Z(t)\to -\infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> a.s. as <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_056"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$t\to \infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> under the net profit condition <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_057"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\mu <1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. See the bottom-right plot of Figure <xref rid="j_vmsta158_fig_001">1</xref>. In terms of this surplus process, ruin occurs when <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_058"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$Z(t)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> reaches level <italic>u</italic> or above. Thus, the ruin probability can be written as 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_015">
<label>(13)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mtext>for some</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder><mml:mfenced separators="" open="{" close="}"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \psi (u)=ℙ(Z(t)\ge u\hspace{2.5pt}\text{for some}\hspace{2.5pt}t\ge 1)=ℙ\left(\underset{t\ge 1}{\max }\left\{Z(t)\right\}\ge u\right),\hspace{1em}u\ge 1.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>As <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_059"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$u\ge 1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_060"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$Z(0)=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, we can also write 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_016">
<label>(14)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:munder><mml:mfenced separators="" open="{" close="}"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \psi (u)=ℙ\left(\underset{t\ge 0}{\max }\left\{Z(t)\right\}\ge u\right).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>We next define the times of records and the severities for the surplus process.</p><statement id="j_vmsta158_stat_003"><label>Definition 3.</label>
<p>Let <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_061"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\tau _{0}^{\ast }}:=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. For <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_062"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$i\ge 1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, the <italic>i</italic>-th record time of the surplus process is defined as 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_017">
<label>(15)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>:</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\tau _{i}^{\ast }}=\min \hspace{0.1667em}\{t>{\tau _{i-1}^{\ast }}:Z(t)\ge Z({\tau _{i-1}^{\ast }})\},\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
when the indicated set is not empty, otherwise <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_063"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\tau _{i}^{\ast }}:=\infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. The non-negative variable <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_064"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{i}^{\ast }}=Z({\tau _{i}^{\ast }})-Z({\tau _{i-1}^{\ast }})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is called the severity or size of the <italic>i</italic>-th record time, assuming <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_065"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\tau _{i}^{\ast }}<\infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p></statement>
<p>The random variables <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_066"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\tau _{0}^{\ast }}<{\tau _{1}^{\ast }}<\cdots \hspace{0.1667em}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> represent the stopping times when the surplus process <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_067"><alternatives>
<mml:math><mml:mfenced separators="" open="{" close="}"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>:</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\left\{Z(t):t\ge 0\right\}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> arrives at a new or the previous maximum, and the severity <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_068"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{i}^{\ast }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the difference between the maxima at <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_069"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\tau _{i}^{\ast }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_070"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\tau _{i-1}^{\ast }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. A graphical example of these record times are shown in the bottom-right plot of Figure <xref rid="j_vmsta158_fig_001">1</xref>. In particular, observe that <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_071"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\tau _{1}^{\ast }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the first positive time the risk process is less than or equal to its initial capital <italic>u</italic>, that is, 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_018">
<label>(16)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>:</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\tau _{1}^{\ast }}=\min \hspace{0.1667em}\{t>0:u-U(t)\ge 0\},\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
and the severity is <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_072"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{1}^{\ast }}=Z({\tau _{1}^{\ast }})=u-U({\tau _{1}^{\ast }})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and this is the size of this first drop below level <italic>u</italic>. Also, since the surplus process has stationary increments, all severities share the same distribution, that is, 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_019">
<label>(17)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">∼</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {Y_{i}^{\ast }}=Z({\tau _{i}^{\ast }})-Z({\tau _{i-1}^{\ast }})\sim Z({\tau _{1}^{\ast }})-Z(0)={Y_{1}^{\ast }},\hspace{1em}i\ge 1,\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
assuming <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_073"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\tau _{i}^{\ast }}<\infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. We will next find out that distribution.</p><statement id="j_vmsta158_stat_004"><label>Theorem 1.</label>
<p><italic>Let</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_074"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k\ge 1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>. Conditioned on the event</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_075"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$({\tau _{k}^{\ast }}<\infty )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>, the severities</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_076"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{1}^{\ast }},\dots ,{Y_{k}^{\ast }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>are independent and identically distributed according to the equilibrium distribution</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_020">
<label>(18)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∣</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ ℙ({Y^{\ast }}=x\mid {\tau _{k}^{\ast }}<\infty )=\overline{F}(x)/\mu ,\hspace{1em}x\ge 0.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p></statement><statement id="j_vmsta158_stat_005"><label>Proof.</label>
<p>By (<xref rid="j_vmsta158_eq_019">17</xref>), it is enough to find the distribution of <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_077"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{1}^{\ast }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Observe that <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_078"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\tau _{1}^{\ast }}=\tau $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> when <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_079"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$U(0)=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. By (<xref rid="j_vmsta158_eq_011">9</xref>) and (<xref rid="j_vmsta158_eq_007">5</xref>), for <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_080"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$x\ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_021">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right center left" columnspacing="10.0pt 10.0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="eqnarray-1"><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∣</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-2"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-3"><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∣</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="eqnarray-1"/><mml:mtd class="eqnarray-2"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-3"><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∣</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="eqnarray-1"/><mml:mtd class="eqnarray-2"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-3"><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∣</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∣</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="eqnarray-1"/><mml:mtd class="eqnarray-2"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-3"><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{array}{r@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}l}\displaystyle ℙ({Y_{1}^{\ast }}=x\mid {\tau _{1}^{\ast }}<\infty )& \displaystyle =& \displaystyle ℙ(u-U({\tau _{1}^{\ast }})=x\mid {\tau _{1}^{\ast }}<\infty )\\ {} & \displaystyle =& \displaystyle ℙ(|U(\tau )|=x\mid \tau <\infty ,U(0)=0)\\ {} & \displaystyle =& \displaystyle ℙ(\tau <\infty ,Y=x\mid U(0)=0)/ℙ(\tau <\infty \mid U(0)=0)\\ {} & \displaystyle =& \displaystyle \overline{F}(x)/\mu .\end{array}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
The independence property follows from the independence of the claims. Indeed, the severity of the <italic>i</italic>-th record time is 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_022">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {Y_{i}^{\ast }}=Z({\tau _{i}^{\ast }})-Z({\tau _{i-1}^{\ast }})={\sum \limits_{j={\tau _{i-1}^{\ast }}+1}^{{\tau _{i}^{\ast }}}}({Y_{j}}-1),\hspace{1em}i\ge 1.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Therefore, 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_023">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">⋂</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">⋂</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∏</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ ℙ\left({\bigcap \limits_{i=1}^{k}}\left({Y_{i}^{\ast }}={y_{i}}\right)\right)=ℙ\left({\bigcap \limits_{i=1}^{k}}\left({\sum \limits_{j={\tau _{i-1}^{\ast }}+1}^{{\tau _{i}^{\ast }}}}({Y_{j}}-1)={y_{i}}\right)\right)={\prod \limits_{i=1}^{k}}\hspace{0.1667em}ℙ\left({Y_{i}^{\ast }}={y_{i}}\right).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
 □</p></statement>
<p>Since the surplus process is a Markov process, the following properties hold: For <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_081"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$i\ge 2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and assuming <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_082"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\tau _{i}^{\ast }}<\infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, for <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_083"><alternatives>
<mml:math><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">s</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$0<s<x$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_024">
<label>(19)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∣</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">s</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>−</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∣</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">s</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">s</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ ℙ({\tau _{i}^{\ast }}=x\mid {\tau _{i-1}^{\ast }}=s)=ℙ({\tau _{i}^{\ast }}-{\tau _{i-1}^{\ast }}=x-s\mid {\tau _{i-1}^{\ast }}=s)=ℙ({\tau _{1}^{\ast }}=x-s).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Also, for <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_084"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k\ge 1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <disp-formula-group id="j_vmsta158_dg_003">
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_025">
<label>(20)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right center left" columnspacing="10.0pt 10.0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="eqnarray-1"><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∣</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-2"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-3"><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{array}{r@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}l}\displaystyle ℙ({\tau _{k}^{\ast }}<\infty \mid {\tau _{k-1}^{\ast }}<\infty )& \displaystyle =& \displaystyle ℙ({\tau _{1}^{\ast }}<\infty ),\end{array}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_026">
<label>(21)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right center left" columnspacing="10.0pt 10.0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="eqnarray-1"><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∣</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-2"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-3"><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{array}{r@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}l}\displaystyle ℙ({\tau _{k}^{\ast }}=\infty \mid {\tau _{k-1}^{\ast }}<\infty )& \displaystyle =& \displaystyle ℙ({\tau _{1}^{\ast }}=\infty ).\end{array}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</disp-formula-group></p>
<p>The total number of records of the surplus process <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_085"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>:</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\{Z(t):t\ge 0\}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is defined by the non-negative random variable 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_027">
<label>(22)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>:</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ K=\max \hspace{0.1667em}\{k\ge 1:{\tau _{k}^{\ast }}<\infty \},\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
when the indicated set is not empty, otherwise <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_086"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$K:=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Note that <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_087"><alternatives>
<mml:math><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$0\le K<\infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> a.s. since <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_088"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$Z(t)\to -\infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> a.s. under the net profit condition. The distribution of this random variable is established next.</p><statement id="j_vmsta158_stat_006"><label>Theorem 2.</label>
<p><italic>Let</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_089"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\mu <1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>be the mean of claims in the Gerber–Dickson risk process (</italic><xref rid="j_vmsta158_eq_006"><italic>4</italic></xref><italic>). The number of records K has a</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_090"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext mathvariant="italic">Geometric</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\textit{Geometric}(1-\mu )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>distribution, that is,</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_028">
<label>(23)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {f_{K}}(k)=(1-\mu ){\mu ^{k}},\hspace{1em}k\ge 0.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p></statement><statement id="j_vmsta158_stat_007"><label>Proof.</label>
<p>The case <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_091"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> can be related to the ruin probability with <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_092"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$u=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> as follows, 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_029">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∣</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {f_{K}}(0)=ℙ({\tau _{1}^{\ast }}=\infty )=ℙ(\tau =\infty \mid U(0)=0)=1-\psi (0)=1-\mu .\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Hence, <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_093"><alternatives>
<mml:math><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$ℙ(K>0)=\psi (0)=\mu $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Let us see the case <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_094"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k=1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_030">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∣</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {f_{K}}(1)=ℙ({\tau _{1}^{\ast }}<\infty ,{\tau _{2}^{\ast }}=\infty )=ℙ({\tau _{2}^{\ast }}=\infty \mid {\tau _{1}^{\ast }}<\infty )ℙ({\tau _{1}^{\ast }}<\infty ).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
By (<xref rid="j_vmsta158_eq_026">21</xref>), 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_031">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {f_{K}}(1)=ℙ({\tau _{1}^{\ast }}=\infty )ℙ({\tau _{1}^{\ast }}<\infty )=ℙ(K>0){f_{K}}(0)=\mu (1-\mu ).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Now consider the case <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_095"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k\ge 2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and let <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_096"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${A_{k}}=({\tau _{k}^{\ast }}<\infty )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Conditioning on <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_097"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${A_{k-1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and its complement, 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_032">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right center left" columnspacing="10.0pt 10.0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="eqnarray-1"><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-2"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-3"><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∣</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="eqnarray-1"/><mml:mtd class="eqnarray-2"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-3"><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∣</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="eqnarray-1"/><mml:mtd class="eqnarray-2"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-3"><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="eqnarray-1"/><mml:mtd class="eqnarray-2"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-3"><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{array}{r@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}l}\displaystyle ℙ({A_{k}})& \displaystyle =& \displaystyle ℙ({\tau _{k}^{\ast }}<\infty \mid {A_{k-1}})ℙ({A_{k-1}})\\ {} & \displaystyle =& \displaystyle ℙ({\tau _{k}^{\ast }}<\infty \mid {\tau _{k-1}^{\ast }}<\infty )ℙ({A_{k-1}})\\ {} & \displaystyle =& \displaystyle ℙ({\tau _{1}^{\ast }}<\infty )ℙ({A_{k-1}})\\ {} & \displaystyle =& \displaystyle \psi (0)ℙ({A_{k-1}}).\end{array}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>An iterative argument shows that <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_098"><alternatives>
<mml:math><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$ℙ({A_{k}})={(\psi (0))^{k}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_099"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k\ge 2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Therefore, 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_033">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∣</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}{f_{K}}(k)& \hspace{2.5pt}\hspace{2.5pt}=\hspace{2.5pt}\hspace{2.5pt}ℙ({\tau _{k+1}^{\ast }}=\infty ,{A_{k}})=ℙ({\tau _{k+1}^{\ast }}=\infty \mid {A_{k}})ℙ({A_{k}})\\ {} & \hspace{2.5pt}\hspace{2.5pt}=\hspace{2.5pt}\hspace{2.5pt}ℙ({\tau _{1}^{\ast }}=\infty ){(\psi (0))^{k}}=(1-\mu ){\mu ^{k}}.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
 □</p></statement>
<p>In the following proposition it is established that the ultimate maximum of the surplus process has a compound geometric distribution. This will allow us to write the ruin probability as the tail of this distribution.</p><statement id="j_vmsta158_stat_008"><label>Theorem 3.</label>
<p><italic>For a surplus process</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_100"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>:</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\{Z(t):t\ge 0\}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>with total number of records</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_101"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$K\ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>and record severities</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_102"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{1}^{\ast }},{Y_{2}^{\ast }},\dots ,{Y_{K}^{\ast }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>,</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_034">
<label>(24)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:munder><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo><mml:mover><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mover>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \underset{t\ge 0}{\max }\hspace{0.1667em}\{Z(t)\}\stackrel{d}{=}{\sum \limits_{i=1}^{K}}{Y_{i}^{\ast }}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
<italic>Hence,</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_035">
<label>(25)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \psi (u)=ℙ\left({\sum \limits_{i=1}^{K}}{Y_{i}^{\ast }}\ge u\right),\hspace{1em}u\ge 1.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p></statement><statement id="j_vmsta158_stat_009"><label>Proof.</label>
<p>By definition, 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_036">
<label>(26)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:munder><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\sum \limits_{i=1}^{K}}{Y_{i}^{\ast }}={\sum \limits_{i=1}^{K}}\left(Z({\tau _{i}^{\ast }})-Z({\tau _{i-1}^{\ast }})\right)=Z({\tau _{K}^{\ast }})=\underset{t\ge 0}{\max }\hspace{0.1667em}\{Z(t)\}\hspace{1em}\mathrm{a}.\mathrm{s}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Thus, for <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_103"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$u\ge 1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_037">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:munder><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \psi (u)=ℙ\left(\underset{t\ge 0}{\max }\hspace{0.1667em}\{Z(t)\}\ge u\right)=ℙ\left({\sum \limits_{i=1}^{K}}{Y_{i}^{\ast }}\ge u\right).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
 □</p></statement><statement id="j_vmsta158_stat_010"><label>Theorem 4</label>
<title>(Pollaczeck–Khinchine formula, discrete version).</title>
<p><italic>The probability of ruin for a Gerber–Dickson risk process (</italic><xref rid="j_vmsta158_eq_006"><italic>4</italic></xref><italic>) can be written as</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_038">
<label>(27)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \psi (u)=(1-\mu ){\sum \limits_{k=1}^{\infty }}ℙ({S_{k}^{\ast }}\ge u)\hspace{0.1667em}{\mu ^{k}},\hspace{1em}u\ge 0,\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
<italic>where</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_104"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo largeop="false" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${S_{k}^{\ast }}={\textstyle\sum _{i=1}^{k}}{Y_{i}^{\ast }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>.</italic></p></statement><statement id="j_vmsta158_stat_011"><label>Proof.</label>
<p>For <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_105"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$u=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, the sum in (<xref rid="j_vmsta158_eq_038">27</xref>) reduces to <italic>μ</italic> which we know is <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_106"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\psi (0)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. For <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_107"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$u\ge 1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, by (<xref rid="j_vmsta158_eq_028">23</xref>) and (<xref rid="j_vmsta158_eq_035">25</xref>), 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_039">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∣</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}\psi (u)& \hspace{2.5pt}\hspace{2.5pt}=\hspace{2.5pt}\hspace{2.5pt}ℙ\left({\sum \limits_{i=1}^{K}}{Y_{i}^{\ast }}\ge u\right)={\sum \limits_{k=0}^{\infty }}ℙ\left({\sum \limits_{i=1}^{K}}{Y_{i}^{\ast }}\ge u\mid K=k\right){f_{K}}(k)\\ {} & \hspace{2.5pt}\hspace{2.5pt}=\hspace{2.5pt}\hspace{2.5pt}(1-\mu ){\sum \limits_{k=1}^{\infty }}ℙ({S_{k}^{\ast }}\ge u)\hspace{0.1667em}{\mu ^{k}}.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
 □</p></statement>
<p>For example, suppose claims have a <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_108"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext>Geometric</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\text{Geometric}(p)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> distribution with mean <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_109"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\mu =(1-p)/p$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. The net profit condition <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_110"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\mu <1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> implies <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_111"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$p>1/2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. We have seen in equation (<xref rid="j_vmsta158_eq_013">11</xref>) that the associated equilibrium distribution is again <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_112"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext>Geometric</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\text{Geometric}(p)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and hence the <italic>k</italic>-th convolution is Negative Binomial with parameters <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_113"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mi>ℕ</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k\in \mathbb{N} $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_114"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$p\in (1/2,1)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Straightforward calculations show that the Pollaczeck–Khinchine formula gives the known solution for the probability of ruin, 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_040">
<label>(28)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \psi (u)={\left(\frac{1-p}{p}\right)^{u+1}},\hspace{1em}u\ge 0.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>This includes the case <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_115"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$u=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> in the same formula. In the following section we will consider claims that have a mixture of some distributions.</p>
</sec>
<sec id="j_vmsta158_s_003">
<label>3</label>
<title>Negative binomial mixture distributions</title>
<p>Negative binomial mixture (NBM) distributions will be used to approximate the ruin probability when claims have a mixed Poisson (MP) distribution. Although NBM distributions are the analogue of Erlang mixture distributions [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta158_ref_018">18</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta158_ref_019">19</xref>], they cannot be used to approximate any discrete distribution with non-negative support. However, it turns out that they can approximate mixed Poisson distributions. This is stated in [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta158_ref_016">16</xref>, Theorem 1], where the authors define NBM distributions by the probability generating function 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_041">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">G</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">lim</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munder>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ G(z)=\underset{m\to \infty }{\lim }{\sum \limits_{k=1}^{m}}{q_{k,m}}{\left(\frac{1-{p_{k,m}}}{1-{p_{k,m}}\hspace{0.1667em}z}\right)^{{r_{k,m}}}},\hspace{1em}z<1,\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_116"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${q_{k,m}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are positive numbers and their sum over index <italic>k</italic> equals to 1. This is a rather general definition for a NBM distribution. In this work we will consider a particular case of it.</p>
<p>We will denote by <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_117"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext>NB</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\text{NB}(k,p)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> the negative binomial distribution with parameters <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_118"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mi>ℕ</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k\in \mathbb{N} $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_119"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$p\in (0,1)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Its probability function will be written as <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_120"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext>nb</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\text{nb}(k,p)(x)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and the distribution function by <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_121"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext>NB</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\text{NB}(k,p)(x)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. More precisely, for integers <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_122"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$x\ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_042">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>nb</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mfrac linethickness="0.0pt"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mfenced><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mtext>NB</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mtext>nb</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \text{nb}(k,p)(x)=\left(\genfrac{}{}{0.0pt}{}{k+x-1}{x}\right){p^{k}}{(1-p)^{x}},\hspace{2.5pt}\text{NB}(k,p)(x)=1-{\sum \limits_{i=0}^{k-1}}\text{nb}(x+1,1-p)(i).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
The case <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_123"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k=1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> reduces to the <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_124"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext>Geometric</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\text{Geometric}(p)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> distribution. It will be also useful to recall that the <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_125"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext>NB</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\text{NB}(k,p)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> distribution can be obtained as the distribution of the sum of <italic>k</italic> independent random variables <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_126"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext>Geometric</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\text{Geometric}(p)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>-distributed.</p><statement id="j_vmsta158_stat_012"><label>Definition 4.</label>
<p>Let <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_127"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${q_{1}},{q_{2}},\dots $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> be a sequence of numbers such that <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_128"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${q_{k}}\ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_129"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo largeop="false" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\textstyle\sum _{k=1}^{\infty }}{q_{k}}=1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. A negative binomial mixture distribution with parameters <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_130"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="bold-italic">π</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\boldsymbol{\pi }=({q_{1}},{q_{2}},\dots )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_131"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$p\in (0,1)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, denoted by <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_132"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext>NBM</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">π</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\text{NBM}(\boldsymbol{\pi },p)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, is a discrete distribution with the probability function 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_043">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>·</mml:mo><mml:mtext>nb</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ f(x)={\sum \limits_{k=1}^{\infty }}{q_{k}}\cdot \text{nb}(k,p)(x),\hspace{1em}x\ge 0.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p></statement>
<p>It is useful to observe that any NBM distribution can be written as a compound sum of geometric random variables. Indeed, let <italic>N</italic> be a discrete random variable with the probability function <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_133"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${q_{k}}={f_{N}}(k)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_134"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k\ge 1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and define <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_135"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo largeop="false" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${S_{N}}={\textstyle\sum _{i=1}^{N}}{X_{i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, where <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_136"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{1}},{X_{2}},\dots $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are i.i.d. r.v.s <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_137"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext>Geometric</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\text{Geometric}(p)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>-distributed and independent of <italic>N</italic>. Then, conditioning on the values of <italic>N</italic>, 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_044">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>·</mml:mo><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>·</mml:mo><mml:mtext>nb</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ ℙ({S_{N}}=x)={\sum \limits_{k=1}^{\infty }}{q_{k}}\cdot ℙ\left({\sum \limits_{i=1}^{k}}{X_{i}}=x\right)={\sum \limits_{k=1}^{\infty }}{q_{k}}\cdot \text{nb}(k,p)(x),\hspace{1em}x\ge 0.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Thus, given any <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_138"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext>NBM</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">π</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\text{NBM}(\boldsymbol{\pi },p)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> distribution with <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_139"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="bold-italic">π</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\boldsymbol{\pi }=({f_{N}}(1),{f_{N}}(2),\dots )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, we have the representation 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_045">
<label>(29)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∼</mml:mo><mml:mtext>NBM</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">π</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {S_{N}}={\sum \limits_{i=1}^{N}}{X_{i}}\sim \text{NBM}(\boldsymbol{\pi },p).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
In particular, <disp-formula-group id="j_vmsta158_dg_004">
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_046">
<label>(30)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right center left" columnspacing="10.0pt 10.0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="eqnarray-1"><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-2"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-3"><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{array}{r@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}l}\displaystyle 𝔼({S_{N}})& \displaystyle =& \displaystyle 𝔼(N)\left(\frac{1-p}{p}\right),\end{array}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_047">
<label>(31)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right center left" columnspacing="10.0pt 10.0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="eqnarray-1"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-2"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-3">
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>·</mml:mo><mml:mtext>NB</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{array}{r@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}l}\displaystyle {F_{{S_{N}}}}(x)& \displaystyle =& \displaystyle {\sum \limits_{k=1}^{\infty }}{f_{N}}(k)\cdot \text{NB}(k,p)(x),\hspace{1em}x\ge 0,\end{array}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</disp-formula-group> and the p.g.f. has the form <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_140"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${G_{{S_{N}}}}(r)={G_{N}}({G_{X}}(r))$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. The following is a particular way to write the distribution function of a NBM distribution.</p><statement id="j_vmsta158_stat_013"><label>Theorem 5.</label>
<p><italic>Let</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_141"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∼</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">NBM</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">π</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${S_{N}}\sim \textit{NBM}(\boldsymbol{\pi },p)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>, where</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_142"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="bold-italic">π</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\boldsymbol{\pi }=({f_{N}}(1),{f_{N}}(2),\dots )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>for some discrete r.v. N. For each</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_143"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$x\ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>, let</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_144"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∼</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">NB</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$Z\sim \textit{NB}(x+1,1-p)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>. Then</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_048">
<label>(32)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {F_{{S_{N}}}}(x)=𝔼({F_{N}}(Z)),\hspace{1em}x\ge 0.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p></statement><statement id="j_vmsta158_stat_014"><label>Proof.</label>
<p>For <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_145"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$x\ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_049">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mspace width="2.5pt"/>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>·</mml:mo><mml:mtext>NB</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mspace width="2.5pt"/>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mtext>nb</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mspace width="2.5pt"/>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mtext>nb</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}{F_{{S_{N}}}}(x)& \hspace{2.5pt}\hspace{2.5pt}=\hspace{2.5pt}\hspace{2.5pt}{\sum \limits_{k=1}^{\infty }}{f_{N}}(k)\cdot \text{NB}(k,p)(x)\\ {} & \hspace{2.5pt}\hspace{2.5pt}=\hspace{2.5pt}\hspace{2.5pt}{\sum \limits_{k=1}^{\infty }}{f_{N}}(k)\hspace{0.1667em}\left[1-{\sum \limits_{i=0}^{k-1}}\text{nb}(x+1,1-p)(i)\right]\\ {} & \hspace{2.5pt}\hspace{2.5pt}=\hspace{2.5pt}\hspace{2.5pt}{\sum \limits_{i=0}^{\infty }}\left[{\sum \limits_{k=1}^{i}}{f_{N}}(k)\right]\hspace{0.1667em}\text{nb}(x+1,1-p)(i)\\ {} & \hspace{2.5pt}\hspace{2.5pt}=\hspace{2.5pt}\hspace{2.5pt}𝔼({F_{N}}(Z)).\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
 □</p></statement>
<p>We will show next that the equilibrium distribution associated to a NBM distribution is again a NBM one. For a distribution function <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_146"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$F(x)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_147"><alternatives>
<mml:math><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\overline{F}(x)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> denotes <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_148"><alternatives>
<mml:math><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$1-F(x)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p><statement id="j_vmsta158_stat_015"><label>Theorem 6.</label>
<p><italic>Let</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_149"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∼</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">NBM</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">π</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${S_{N}}\sim \textit{NBM}(\boldsymbol{\pi },p)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>, with</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_150"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="bold-italic">π</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\boldsymbol{\pi }=({f_{N}}(1),{f_{N}}(2),\dots )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>and</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_151"><alternatives>
<mml:math><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$𝔼(N)<\infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>. The equilibrium distribution of</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_152"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${S_{N}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>is</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_153"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext mathvariant="italic">NBM</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">π</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\textit{NBM}({\boldsymbol{\pi }_{e}},p)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>, where</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_050">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">π</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\boldsymbol{\pi }_{e}}=({f_{Ne}}(1),{f_{Ne}}(2),\dots ),\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
<italic>and</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_051">
<label>(33)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {f_{Ne}}(j)={\overline{F}_{N}}(j-1)/𝔼(N),\hspace{1em}j\ge 0.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p></statement><statement id="j_vmsta158_stat_016"><label>Proof.</label>
<p>For <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_154"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$x\ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_052">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right center left" columnspacing="10.0pt 10.0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="eqnarray-1"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-2"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-3"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo largeop="false" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mfrac linethickness="0.0pt"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mfenced><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="eqnarray-1"/><mml:mtd class="eqnarray-2"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-3">
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mfrac linethickness="0.0pt"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mfenced><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{array}{r@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}l}\displaystyle {f_{e}}(x)& \displaystyle =& \displaystyle \frac{{\overline{F}_{{S_{N}}}}(x)}{𝔼({S_{N}})}=\frac{p{\textstyle\textstyle\sum _{i=0}^{\infty }}{\overline{F}_{N}}(i)\left(\genfrac{}{}{0.0pt}{}{x+i}{i}\right){p^{i}}{(1-p)^{x+1}}}{(1-p)𝔼(N)}\\ {} & \displaystyle =& \displaystyle {\sum \limits_{i=0}^{\infty }}\frac{{\overline{F}_{N}}(i)}{𝔼(N)}\left(\genfrac{}{}{0.0pt}{}{x+i}{i}\right){p^{i+1}}{(1-p)^{x}}.\end{array}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Naming <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_155"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$j=i+1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_053">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mfrac linethickness="0.0pt"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mfenced><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>·</mml:mo><mml:mtext>nb</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {f_{e}}(x)={\sum \limits_{j=1}^{\infty }}\frac{{\overline{F}_{N}}(j-1)}{𝔼(N)}\left(\genfrac{}{}{0.0pt}{}{j+x-1}{x}\right){p^{j}}{(1-p)^{x}}={\sum \limits_{j=1}^{\infty }}{f_{Ne}}(j)\cdot \text{nb}(j,p)(x).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
 □</p></statement>
<p>It can be checked that (<xref rid="j_vmsta158_eq_051">33</xref>) is a probability function. It is the equilibrium distribution associated to <italic>N</italic>.</p>
<p>The following proposition states that a compound geometric NBM distribution is again a NBM one. This result is essential to calculate the ruin probability when claims have a NBM distribution.</p><statement id="j_vmsta158_stat_017"><label>Theorem 7.</label>
<p><italic>Let</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_156"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∼</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">Geometric</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$M\sim \textit{Geometric}(\rho )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>and let</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_157"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${N_{1}},{N_{2}},\dots $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>be a sequence of independent random variables with identical distribution</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_158"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="bold-italic">π</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\boldsymbol{\pi }=({f_{N}}(1),{f_{N}}(2),\dots )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>. Let</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_159"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${S_{{N_{1}}}},{S_{{N_{2}}}},\dots $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>be random variables with a</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_160"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext mathvariant="italic">NBM</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">π</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\textit{NBM}(\boldsymbol{\pi },p)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>distribution. Then</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_054">
<label>(34)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∼</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">NBM</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">π</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ S:={\sum \limits_{j=1}^{M+1}}{S_{{N_{j}}}}\sim \textit{NBM}({\boldsymbol{\pi }^{\ast }},p),\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
<italic>where</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_161"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">π</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\boldsymbol{\pi }^{\ast }}=({f_{{N^{\ast }}}}(1),{f_{{N^{\ast }}}}(2),\dots )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>is the distribution of</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_162"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo largeop="false" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${N^{\ast }}={\textstyle\sum _{j=1}^{M+1}}{N_{j}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>and is given by</italic> <disp-formula-group id="j_vmsta158_dg_005">
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_055">
<label>(35)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right center left" columnspacing="10.0pt 10.0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="eqnarray-1"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-2"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-3"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{array}{r@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}l}\displaystyle {f_{{N^{\ast }}}}(1)& \displaystyle =& \displaystyle \rho \hspace{0.1667em}{f_{N}}(1),\end{array}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_056">
<label>(36)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right center left" columnspacing="10.0pt 10.0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="eqnarray-1"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-2"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-3"><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{array}{r@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}l}\displaystyle {f_{{N^{\ast }}}}(k)& \displaystyle =& \displaystyle (1-\rho ){\sum \limits_{i=1}^{k-1}}{f_{N}}(i)\hspace{0.1667em}{f_{{N^{\ast }}}}(k-i)+\rho \hspace{0.1667em}{f_{N}}(k),\hspace{1em}k\ge 2.\end{array}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</disp-formula-group></p></statement><statement id="j_vmsta158_stat_018"><label>Proof.</label>
<p>For <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_163"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$x\ge 1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_164"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m\ge 1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_057">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right center left" columnspacing="10.0pt 10.0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="eqnarray-1"><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∣</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-2"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-3"><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="eqnarray-1"/><mml:mtd class="eqnarray-2"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-3"><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{array}{r@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}l}\displaystyle ℙ(S=x\mid M+1=m)& \displaystyle =& \displaystyle ℙ\left({\sum \limits_{j=1}^{m}}{S_{{N_{j}}}}=x\right)=ℙ\left({\sum \limits_{j=1}^{m}}{\sum \limits_{i=1}^{{N_{j}}}}{X_{i\hspace{0.1667em}j}}=x\right)\\ {} & \displaystyle =& \displaystyle ℙ\left({\sum \limits_{\ell =1}^{{N_{m}}}}{X_{\ell }}=x\right),\end{array}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_165"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo largeop="false" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${N_{m}}={\textstyle\sum _{i=1}^{m}}{N_{i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_166"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∼</mml:mo><mml:mtext>Geometric</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{\ell }}\sim \text{Geometric}(p)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, for <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_167"><alternatives>
<mml:math><mml:mi>ℓ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\ell \ge 1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Therefore, 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_058">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right center left" columnspacing="10.0pt 10.0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="eqnarray-1"><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-2"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-3">
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∣</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="eqnarray-1"/><mml:mtd class="eqnarray-2"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-3">
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="eqnarray-1"/><mml:mtd class="eqnarray-2"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-3"><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{array}{r@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}l}\displaystyle ℙ(S=x)& \displaystyle =& \displaystyle {\sum \limits_{m=1}^{\infty }}ℙ(S=x\mid M+1=m)\hspace{0.1667em}{f_{M+1}}(m)\\ {} & \displaystyle =& \displaystyle {\sum \limits_{m=1}^{\infty }}ℙ\left({\sum \limits_{\ell =1}^{{N_{m}}}}{X_{l}}=x\right){f_{M+1}}(m)\\ {} & \displaystyle =& \displaystyle ℙ\left({\sum \limits_{\ell =1}^{{N^{\ast }}}}{X_{\ell }}=x\right),\end{array}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_168"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo largeop="false" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${N^{\ast }}={\textstyle\sum _{j=1}^{M+1}}{N_{j}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Using Panjer’s formula it can be shown that <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_169"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${N^{\ast }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> has distribution <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_170"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">π</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\boldsymbol{\pi }^{\ast }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> given by (<xref rid="j_vmsta158_eq_055">35</xref>) and (<xref rid="j_vmsta158_eq_056">36</xref>). Since <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_171"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∼</mml:mo><mml:mtext>Geometric</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{\ell }}\sim \text{Geometric}(p)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_172"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo largeop="false" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∼</mml:mo><mml:mtext>NBM</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">π</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\textstyle\sum _{\ell =1}^{{N^{\ast }}}}{X_{\ell }}\sim \text{NBM}({\boldsymbol{\pi }^{\ast }},p)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Lastly, the probability of the event <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_173"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(S=0)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> can be calculated as follows: 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_059">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mtext>nb</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ ℙ(S=0)={\sum \limits_{k=1}^{\infty }}{f_{{N^{\ast }}}}(k)\hspace{0.1667em}\text{nb}(k,p)(0)={\sum \limits_{k=1}^{\infty }}{f_{{N^{\ast }}}}(k)\hspace{0.1667em}{p^{k}}={f_{{N^{\ast }}}}(1)\hspace{0.1667em}p+{\sum \limits_{k=2}^{\infty }}{f_{{N^{\ast }}}}(k)\hspace{0.1667em}{p^{k}}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Substituting <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_174"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${f_{{N^{\ast }}}}(k)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> from (<xref rid="j_vmsta158_eq_055">35</xref>) and (<xref rid="j_vmsta158_eq_056">36</xref>), one obtains 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_060">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ ℙ(S=0)=\rho \hspace{0.1667em}{G_{N}}(p)+(1-\rho )\hspace{0.1667em}{G_{N}}(p)\hspace{0.1667em}ℙ(S=0).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Therefore, 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_061">
<label>(37)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ ℙ(S=0)=\frac{\rho \hspace{0.1667em}{G_{N}}(p)}{1-(1-\rho )\hspace{0.1667em}{G_{N}}(p)}={G_{M+1}}({G_{N}}(p))={G_{M+1}}({G_{N}}({G_{{X_{i\hspace{0.1667em}j}}}}(0))).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
The last term is the p.g.f. of a <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_175"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext>NBM</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">π</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\text{NBM}({\boldsymbol{\pi }^{\ast }},p)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> distribution evaluated at zero.  □</p></statement>
<p>From (<xref rid="j_vmsta158_eq_055">35</xref>) and (<xref rid="j_vmsta158_eq_056">36</xref>), it is not difficult to derive a recursive formula for <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_176"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\overline{F}_{{N^{\ast }}}}(k)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, namely, 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_062">
<label>(38)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\overline{F}_{{N^{\ast }}}}(k)=(1-\rho )\hspace{0.1667em}{\sum \limits_{j=1}^{k}}{f_{N}}(j)\hspace{0.1667em}{\overline{F}_{{N^{\ast }}}}(k-j)+{\overline{F}_{N}}(k),\hspace{1em}k\ge 1.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>The following result establishes a formula to calculate the ruin probability when claims have a NBM distribution.</p><statement id="j_vmsta158_stat_019"><label>Theorem 8.</label>
<p><italic>Consider the Gerber–Dickson model (</italic><xref rid="j_vmsta158_eq_006"><italic>4</italic></xref><italic>) with claims having a</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_177"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext mathvariant="italic">NBM</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">π</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\textit{NBM}(\boldsymbol{\pi },p)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>distribution, where</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_178"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="bold-italic">π</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\boldsymbol{\pi }=({f_{N}}(1),{f_{N}}(2),\dots )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>and</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_179"><alternatives>
<mml:math><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$𝔼(N)<\infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>. For</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_180"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$u\ge 1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>define</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_181"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∼</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">NegBin</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Z_{u}}\sim \textit{NegBin}(u,1-p)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>. Then the ruin probability can be written as</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_063">
<label>(39)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>·</mml:mo><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \psi (u)={\sum \limits_{k=0}^{\infty }}{\overline{C}_{k}}\cdot ℙ({Z_{u}}=k)=𝔼({\overline{C}_{{Z_{u}}}}),\hspace{1em}u\ge 1,\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
<italic>where the sequence</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_182"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="{" close="}"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\left\{{\overline{C}_{k}}\right\}_{k=0}^{\infty }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>is given by</italic> <disp-formula-group id="j_vmsta158_dg_006">
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_064">
<label>(40)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right center left" columnspacing="10.0pt 10.0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="eqnarray-1"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-2"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-3"><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{array}{r@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}l}\displaystyle {\overline{C}_{0}}& \displaystyle =& \displaystyle 𝔼(N)(1-p)/p,\end{array}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_065">
<label>(41)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right center left" columnspacing="10.0pt 10.0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="eqnarray-1"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-2"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-3"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{array}{r@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}l}\displaystyle {\overline{C}_{k}}& \displaystyle =& \displaystyle {\overline{C}_{0}}\hspace{0.1667em}\left[{\sum \limits_{i=1}^{k}}{f_{Ne}}(i)\hspace{0.1667em}{\overline{C}_{k-i}}+{\overline{F}_{Ne}}(k)\right],\hspace{1em}k\ge 1,\end{array}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_066">
<label>(42)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right center left" columnspacing="10.0pt 10.0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="eqnarray-1"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-2"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-3"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{array}{r@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}l}\displaystyle {f_{Ne}}(i)& \displaystyle =& \displaystyle \frac{{\overline{F}_{N}}(i-1)}{𝔼(N)},\hspace{1em}i\ge 1.\end{array}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</disp-formula-group></p></statement><statement id="j_vmsta158_stat_020"><label>Proof.</label>
<p>Let <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_183"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo largeop="false" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${R_{0}}={\textstyle\sum _{j=1}^{{M_{0}}}}{Y_{e,j}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, where <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_184"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∼</mml:mo><mml:mtext>Geometric</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${M_{0}}\sim \text{Geometric}(\rho )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> with <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_185"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\rho =1-\psi (0)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and let <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_186"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{e,1}},{Y_{e,2}},\dots $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> be r.v.s distributed according to the equilibrium distribution associated to <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_187"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext>NBM</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">π</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\text{NBM}(\boldsymbol{\pi },p)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> claims. By Theorem <xref rid="j_vmsta158_stat_015">6</xref>, we know this equilibrium distribution is <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_188"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext>NBM</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">π</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\text{NBM}({\boldsymbol{\pi }_{e}},p)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, where <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_189"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">π</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\boldsymbol{\pi }_{e}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is given by <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_190"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${f_{Ne}}(j)={\overline{F}_{N}}(j-1)/𝔼(N)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_191"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$j\ge 1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. By (<xref rid="j_vmsta158_eq_035">25</xref>), for <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_192"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$u\ge 1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_067">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right center left" columnspacing="10.0pt 10.0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="eqnarray-1"><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-2"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-3"><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="eqnarray-1"/><mml:mtd class="eqnarray-2"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-3"><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∣</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∣</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="eqnarray-1"/><mml:mtd class="eqnarray-2"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-3"><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{array}{r@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}l}\displaystyle \psi (u)& \displaystyle =& \displaystyle ℙ({R_{0}}\ge u)\\ {} & \displaystyle =& \displaystyle ℙ({R_{0}}\ge u\mid {M_{0}}>0)ℙ({M_{0}}>0)+ℙ({R_{0}}\ge u\mid {M_{0}}=0)ℙ({M_{0}}=0)\\ {} & \displaystyle =& \displaystyle (1-\rho )\hspace{0.1667em}ℙ(R\ge u),\end{array}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_193"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∼</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo largeop="false" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$R\sim {\textstyle\sum _{j=1}^{M+1}}{Y_{e,j}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> with <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_194"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">∼</mml:mo><mml:mtext>Geometric</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$M+1\sim \text{Geometric}(\rho )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. By Theorem <xref rid="j_vmsta158_stat_017">7</xref>, <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_195"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∼</mml:mo><mml:mtext>NBM</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">π</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$R\sim \text{NBM}({\boldsymbol{\pi }^{\ast }},p)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, where <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_196"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">π</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\boldsymbol{\pi }^{\ast }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is given by equations (<xref rid="j_vmsta158_eq_055">35</xref>) and (<xref rid="j_vmsta158_eq_056">36</xref>). Now define 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_068">
<label>(43)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\overline{C}_{k}}=(1-\rho ){\overline{F}_{{N^{\ast }}}}(k),\hspace{1em}k\ge 0.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Therefore, using (<xref rid="j_vmsta158_eq_048">32</xref>), 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_069">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">R</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \psi (u)=(1-\rho )\hspace{0.1667em}ℙ(R>u)=(1-\rho )\hspace{0.1667em}𝔼\left({\overline{F}_{{N^{\ast }}}}({Z_{u}})\right)={\sum \limits_{k=0}^{\infty }}{\overline{C}_{k}}\hspace{0.1667em}ℙ({Z_{u}}=k).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Finally, we calculate the coefficients <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_197"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\overline{C}_{k}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> where <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_198"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\rho =1-\psi (0)=1-𝔼(N)(1-p)/p$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. First, 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_070">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\overline{C}_{0}}=(1-\rho ){\overline{F}_{{N^{\ast }}}}(0)=1-\rho =𝔼(N)(1-p)/p,\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
and by (<xref rid="j_vmsta158_eq_062">38</xref>), 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_071">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow><mml:mspace width="0.1667em"/>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\overline{C}_{k}}=(1-\rho ){\overline{F}_{{N^{\ast }}}}(k)={\overline{C}_{0}}\hspace{0.1667em}\left[\hspace{0.1667em}{\sum \limits_{i=1}^{k}}{f_{Ne}}(i){\overline{C}_{k-i}}+{\overline{F}_{Ne}}(k)\hspace{0.1667em}\right],\hspace{1em}k\ge 1.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
 □</p></statement>
<p>As an example consider claims with a geometric distribution. This is a NBM distribution with <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_199"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="bold-italic">π</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\boldsymbol{\pi }=(1,0,0,\dots )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Equations (<xref rid="j_vmsta158_eq_064">40</xref>–<xref rid="j_vmsta158_eq_066">42</xref>) yield 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_072">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\overline{C}_{k}}={\left((1-p)/p\right)^{k+1}},\hspace{1em}k\ge 0.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Substituting in (<xref rid="j_vmsta158_eq_063">39</xref>) together with <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_200"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\psi (0)=(1-p)/p$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, we recover the known solution <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_201"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\psi (u)={\left[(1-p)/p\right]^{u+1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, for <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_202"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$u\ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, mentioned earlier in (<xref rid="j_vmsta158_eq_040">28</xref>).</p>
</sec>
<sec id="j_vmsta158_s_004">
<label>4</label>
<title>Mixed Poisson distribution</title>
<p>This section contains the definition of a mixed Poisson distribution and some of its relations with NBM distributions.</p><statement id="j_vmsta158_stat_021"><label>Definition 5.</label>
<p>Let <italic>X</italic> and Λ be two non-negative random variables. If <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_203"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∣</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">∼</mml:mo><mml:mtext>Poisson</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$X\mid (\Lambda =\lambda )\sim \text{Poisson}(\lambda )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, then we say that <italic>X</italic> has a mixed Poisson distribution with mixing distribution <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_204"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${F_{\Lambda }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. In this case, we write <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_205"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∼</mml:mo><mml:mtext>MP</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$X\sim \text{MP}({F_{\Lambda }})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p></statement>
<p>Observe the distribution of <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_206"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∣</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$X\mid (\Lambda =\lambda )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is required to be Poisson, but the unconditional distribution of <italic>X</italic>, although discrete, is not necessarily Poisson. In [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta158_ref_013">13</xref>], necessary and sufficient conditions are given to determine whether a given distribution belongs to the MP family. This is done via its probability generating function. A large number of examples of these distributions can be found in [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta158_ref_009">9</xref>] and a study of their general properties is given in [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta158_ref_008">8</xref>]. In particular, it is not difficult to see that <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_207"><alternatives>
<mml:math><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$𝔼(X)=𝔼(\Lambda )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Indeed, conditioning on the values of Λ, 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_073">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ 𝔼(X)={\int _{0}^{\infty }}𝔼(X\hspace{0.1667em}|\hspace{0.1667em}\Lambda =\lambda )\hspace{0.1667em}d{F_{\Lambda }}(\lambda )={\int _{0}^{\infty }}\lambda \hspace{0.1667em}d{F_{\Lambda }}(\lambda )=𝔼(\Lambda ).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Also, the p.g.f. of <italic>X</italic> can be written as 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_074">
<label>(44)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {G_{X}}(r)={\int _{0}^{\infty }}{e^{-\lambda (1-r)}}d{F_{\Lambda }}(\lambda ),\hspace{1em}r<1.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
In [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta158_ref_017">17</xref>], a recursive formula to evaluate MP probabilities is given. The following proposition establishes a relationship between the Erlang mixture distribution (used as a mixing distribution) and the negative binomial distribution. The former will be denoted by <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_208"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext>ErlangM</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">π</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\text{ErlangM}(\boldsymbol{\pi },\beta )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, with similar meaning for the parameters as in the notation <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_209"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext>NBM</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">π</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\text{NBM}(\boldsymbol{\pi },p)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> used before. In the ensuing calculations the probability function of a <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_210"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext>Poisson</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\text{Poisson}(\lambda )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> distribution is denoted by <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_211"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext>poisson</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\text{poisson}(\lambda )(x)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. The Erlang distribution of parameters <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_212"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mi>ℕ</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k\in \mathbb{N} $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_213"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\beta >0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is denoted by <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_214"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext>Erlang</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\text{Erlang}(k,\beta )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. The distribution function is written as <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_215"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext>Erlang</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\text{Erlang}(k,\beta )(x)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and the density function as <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_216"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext>erlang</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\text{erlang}(k,\beta )(x)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, that is, 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_075">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>erlang</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \text{erlang}(k,\beta )(x)=\frac{{(\beta x)^{k-1}}}{(k-1)!}\hspace{0.1667em}\beta {e^{-\beta x}},\hspace{1em}x>0.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
When <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_217"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k=1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> one obtains the exponential distribution with parameter <italic>β</italic>, which is denoted by <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_218"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext>Exp</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\text{Exp}(\beta )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p><statement id="j_vmsta158_stat_022"><label>Theorem 9.</label>
<p><italic>Let</italic> Λ <italic>be a random variable with the distribution</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_219"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext mathvariant="italic">ErlangM</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">π</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\textit{ErlangM}(\boldsymbol{\pi },\beta )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>. The distributions</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_220"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext mathvariant="italic">MP</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\textit{MP}({F_{\Lambda }})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>and</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_221"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext mathvariant="italic">NBM</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">π</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\textit{NBM}(\boldsymbol{\pi },\beta /(\beta +1))$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>are the same.</italic></p></statement><statement id="j_vmsta158_stat_023"><label>Proof.</label>
<p>Let <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_222"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∼</mml:mo><mml:mtext>MP</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$X\sim \text{MP}({F_{\Lambda }})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. For <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_223"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$x\ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_076">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mtext>poisson</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>·</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>·</mml:mo><mml:mtext>erlang</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mspace width="2.5pt"/>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>·</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>!</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mspace width="2.5pt"/>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>·</mml:mo><mml:mtext>nb</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}ℙ(X=x)& \hspace{2.5pt}\hspace{2.5pt}=\hspace{2.5pt}\hspace{2.5pt}{\int _{0}^{\infty }}\text{poisson}(\lambda )(x)\cdot {\sum \limits_{k=1}^{\infty }}{q_{k}}\cdot \text{erlang}(k,\beta )(\lambda )\hspace{0.1667em}d\lambda \\ {} & \hspace{2.5pt}\hspace{2.5pt}=\hspace{2.5pt}\hspace{2.5pt}{\sum \limits_{k=1}^{\infty }}{q_{k}}\cdot {\left(\frac{\beta }{\beta +1}\right)^{k}}{\left(\frac{1}{\beta +1}\right)^{x}}\frac{(k+x-1)!}{(k-1)!\hspace{0.1667em}x!}\\ {} & \hspace{2.5pt}\hspace{2.5pt}=\hspace{2.5pt}\hspace{2.5pt}{\sum \limits_{k=1}^{\infty }}{q_{k}}\cdot \text{nb}(k,\beta /(\beta +1))(x).\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
 □</p></statement>
<p>As an example consider the case when <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_224"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∼</mml:mo><mml:mtext>Exp</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Lambda \sim \text{Exp}(\beta )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_225"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="bold-italic">π</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\boldsymbol{\pi }=(1,0,0,\dots )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. By Theorem <xref rid="j_vmsta158_stat_022">9</xref>, <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_226"><alternatives>
<mml:math><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>nb</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$ℙ(X=x)=\text{nb}(1,\beta /(\beta +1))(x)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_227"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$x\ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. That is, <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_228"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∼</mml:mo><mml:mtext>Geometric</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$X\sim \text{Geometric}(p)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> with <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_229"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$p=\beta /(\beta +1)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>Next proposition will be useful to show that a MP distribution can be approximated by NBM distributions. Its proof can be found in [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta158_ref_008">8</xref>].</p><statement id="j_vmsta158_stat_024"><label>Theorem 10.</label>
<p><italic>Let</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_230"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\Lambda _{1}},{\Lambda _{2}},\dots $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>be positive random variables with distribution functions</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_231"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${F_{1}},{F_{2}},\dots $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>and let</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_232"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{1}},{X_{2}},\dots $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>be random variables such that</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_233"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∼</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">MP</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{i}}\sim \textit{MP}({F_{i}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>,</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_234"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$i\ge 1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>. Then</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_235"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mover><mml:mo stretchy="true">→</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi></mml:mrow></mml:mover><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{n}}\xrightarrow{D}X$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>, if and only if,</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_236"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mover><mml:mo stretchy="true">→</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi></mml:mrow></mml:mover><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\Lambda _{n}}\xrightarrow{D}\Lambda $]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>, where</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_237"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∼</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">MP</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$X\sim \textit{MP}({F_{\Lambda }})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>.</italic></p></statement>
<p>Finally we establish how to approximate a MP distribution.</p><statement id="j_vmsta158_stat_025"><label>Theorem 11.</label>
<p><italic>Let</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_238"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∼</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">MP</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$X\sim \textit{MP}({F_{\Lambda }})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>, and let</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_239"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{n}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>be a random variable with the distribution</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_240"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext mathvariant="italic">NBM</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">π</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\textit{NBM}({\boldsymbol{\pi }_{n}},{p_{n}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>, for</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_241"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$n\ge 1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>, where</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_242"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${p_{n}}=n/(n+1)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>,</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_243"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">π</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\boldsymbol{\pi }_{n}}=(q(1,n),q(2,n),\dots )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>and</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_244"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$q(k,n)={F_{\Lambda }}(k/n)-{F_{\Lambda }}((k-1)/n)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>. Then</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_245"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mover><mml:mo stretchy="true">→</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi></mml:mrow></mml:mover><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{n}}\xrightarrow{D}X$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>.</italic></p></statement><statement id="j_vmsta158_stat_026"><label>Proof.</label>
<p>First, suppose that <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_246"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${F_{\Lambda }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is continuous. Let <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_247"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\Lambda _{1}},{\Lambda _{2}},\dots $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> be random variables, where <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_248"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\Lambda _{n}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> has the distribution given by the following Erlang mixture (see [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta158_ref_014">14</xref>]), 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_077">
<label>(45)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>·</mml:mo><mml:mtext>Erlang</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {F_{n}}(x)={\sum \limits_{k=1}^{\infty }}q(k,n)\cdot \text{Erlang}(k,n)(x),\hspace{1em}x>0,\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
with <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_249"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$q(k,n)={F_{\Lambda }}(k/n)-{F_{\Lambda }}((k-1)/n)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. It is known [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta158_ref_014">14</xref>] that 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_078">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">lim</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \underset{n\to \infty }{\lim }{F_{n}}(x)={F_{\Lambda }}(x),\hspace{1em}x>0.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Then, by Theorem <xref rid="j_vmsta158_stat_024">10</xref>, <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_250"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mover><mml:mo stretchy="true">→</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi></mml:mrow></mml:mover><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{n}}\xrightarrow{D}X$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, where <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_251"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∼</mml:mo><mml:mtext>MP</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{n}}\sim \text{MP}({F_{n}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. This is a <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_252"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext>NBM</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">π</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\text{NBM}(\boldsymbol{\pi },{p_{n}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> by Theorem <xref rid="j_vmsta158_stat_022">9</xref> where <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_253"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="bold-italic">π</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\boldsymbol{\pi }=(q(1,n),q(2,n),\dots )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_254"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${p_{n}}=n/(n+1)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>Now suppose <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_255"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${F_{\Lambda }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is discrete. Let <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_256"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∼</mml:mo><mml:mtext>NB</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{n}}\sim \text{NB}(\lambda n,n/(n+1))$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, where <italic>λ</italic> and <italic>n</italic> are positive integers and let <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_257"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∼</mml:mo><mml:mtext>Poisson</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$Z\sim \text{Poisson}(\lambda )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. The probability generating functions of these random variables satisfy 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_079">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">lim</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">lim</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">exp</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \underset{n\to \infty }{\lim }{G_{{Y_{n}}}}(r)=\underset{n\to \infty }{\lim }{\left(1+\frac{1-r}{n}\right)^{-\lambda n}}=\exp \{-\lambda (1-r)\}={G_{Z}}(r).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Thus, 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_080">
<label>(46)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mover><mml:mo stretchy="true">→</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi></mml:mrow></mml:mover><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {Y_{n}}\xrightarrow{D}Z.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
On the other hand, suppose that <italic>X</italic> is a mixed Poisson random variable with the probability function <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_258"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${f_{X}}(x)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, for <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_259"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$x\ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and mixing distribution <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_260"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${F_{\Lambda }}(\lambda )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, for <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_261"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\lambda \ge 1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Let <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_262"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\{{X_{n}}\}_{n=1}^{\infty }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> be a sequence of random variables with the distribution 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_081">
<label>(47)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>·</mml:mo><mml:mtext>nb</mml:mtext><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {f_{n}}(x)={\sum \limits_{k=1}^{\infty }}q(k,n)\cdot \text{nb}\left(k,\frac{n}{n+1}\right)(x),\hspace{1em}n\ge 1,\hspace{0.1667em}x\ge 0,\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_263"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$q(k,n)={F_{\Lambda }}(k/n)-{F_{\Lambda }}((k-1)/n)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Note that for any natural number <italic>n</italic>, if <italic>k</italic> is not a multiple of <italic>n</italic>, then <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_264"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$q(k,n)=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Let <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_265"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k=\lambda \hspace{0.1667em}n$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> with <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_266"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\lambda \ge 1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Then <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_267"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$q(k,n)={F_{\Lambda }}(\lambda )-{F_{\Lambda }}(\lambda -1/n)={f_{\Lambda }}(\lambda )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Therefore, for <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_268"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$x\ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_082">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>·</mml:mo><mml:mtext>nb</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>·</mml:mo><mml:mtext>nb</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {f_{{X_{n}}}}(x)={\sum \limits_{\lambda =1}^{\infty }}q(\lambda \hspace{0.1667em}n,n)\cdot \text{nb}(\lambda \hspace{0.1667em}n,n/(n+1))(x)={\sum \limits_{\lambda =1}^{\infty }}{f_{\Lambda }}(\lambda )\cdot \text{nb}(\lambda \hspace{0.1667em}n,n/(n+1))(x).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Therefore, 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_083">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">lim</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>·</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">lim</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mtext>nb</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>·</mml:mo><mml:mtext>poisson</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \underset{n\to \infty }{\lim }{f_{{X_{n}}}}(x)={\sum \limits_{\lambda =1}^{\infty }}{f_{\Lambda }}(\lambda )\cdot \underset{n\to \infty }{\lim }\text{nb}(\lambda \hspace{0.1667em}n,n/(n+1))(x)={\sum \limits_{\lambda =1}^{\infty }}{f_{\Lambda }}(\lambda )\cdot \text{poisson}(\lambda )(x).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
 □</p></statement>
<p>For <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_269"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∼</mml:mo><mml:mtext>NBM</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">π</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{n}}\sim \text{NBM}({\boldsymbol{\pi }_{n}},{p_{n}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, as in the previous statement, it is easy to see that 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_084">
<label>(48)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ 𝔼({X_{n}})<1.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
As a consequence of Theorem <xref rid="j_vmsta158_stat_025">11</xref>, for <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_270"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∼</mml:mo><mml:mtext>MP</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$X\sim \text{MP}({F_{\Lambda }})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, its probability function can be approximated by NBM distributions with suitable parameters. That is, for sufficiently large values of <italic>n</italic>, 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_085">
<label>(49)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≈</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>·</mml:mo><mml:mtext>nb</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ ℙ(X=x)\approx {\sum \limits_{k=1}^{\infty }}q(k,n)\cdot \text{nb}(k,{p_{n}})(x),\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_271"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$q(k,n)={F_{\Lambda }}\left(k/n\right)-{F_{\Lambda }}\left((k-1)/n\right)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_272"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${p_{n}}=n/(n+1)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="j_vmsta158_s_005">
<label>5</label>
<title>Ruin probability approximations</title>
<p>We here consider the case when claims in the Gerber–Dickson risk model (<xref rid="j_vmsta158_eq_006">4</xref>) have distribution function <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_273"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∼</mml:mo><mml:mtext>MP</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$F\sim \text{MP}({F_{\Lambda }})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Let <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_274"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\psi _{n}}(u)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> denote the ruin probability when claims have the distribution <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_275"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${F_{n}}(x)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> as defined in Theorem <xref rid="j_vmsta158_stat_025">11</xref>. If <italic>n</italic> is large enough, <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_276"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${F_{n}}(x)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is close to <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_277"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$F(x)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and it is expected that <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_278"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\psi _{n}}(u)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> will be close to <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_279"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\psi (u)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, the unknown ruin probability. This procedure is formalized in the following theorem. <statement id="j_vmsta158_stat_027"><label>Theorem 12.</label>
<p><italic>If claims in the Gerber–Dickson model (</italic><xref rid="j_vmsta158_eq_006"><italic>4</italic></xref><italic>) have a</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_280"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext mathvariant="italic">MP</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\textit{MP}({F_{\Lambda }})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>distribution, then</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_086">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">lim</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \psi (u)=\underset{n\to \infty }{\lim }{\psi _{n}}(u),\hspace{1em}u\ge 0,\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
<italic>where</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_087">
<label>(50)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\psi _{n}}(u)={\sum \limits_{k=0}^{\infty }}{\overline{C}_{k,n}}\hspace{0.1667em}ℙ(Z=k)=𝔼\left({\overline{C}_{Z,n}}\right),\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
<italic>with</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_281"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∼</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">NB</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$Z\sim \textit{NB}(u,1/(1+n))$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><italic>. The sequence</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_282"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="{" close="}"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\left\{{\overline{C}_{k,n}}\right\}_{k=0}^{\infty }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>is determined by</italic> <disp-formula-group id="j_vmsta158_dg_007">
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_088">
<label>(51)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right center left" columnspacing="10.0pt 10.0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="eqnarray-1"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-2"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-3">
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{array}{r@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}l}\displaystyle {\overline{C}_{0,n}}& \displaystyle =& \displaystyle {\sum \limits_{j=0}^{\infty }}{\overline{F}_{\Lambda }}(j/n)/n,\end{array}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_089">
<label>(52)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right center left" columnspacing="10.0pt 10.0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="eqnarray-1"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-2"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-3"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{array}{r@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}l}\displaystyle {\overline{C}_{k,n}}& \displaystyle =& \displaystyle {\overline{C}_{0,n}}\left[{\sum \limits_{i=1}^{k}}{f_{Ne}}(i){\overline{C}_{k-i,n}}+{\overline{F}_{Ne}}(k)\right],\hspace{1em}k\ge 1,\end{array}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_090">
<label>(53)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right center left" columnspacing="10.0pt 10.0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="eqnarray-1"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-2"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-3"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo largeop="false" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{array}{r@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}l}\displaystyle {f_{Ne}}(i)& \displaystyle =& \displaystyle \frac{{\overline{F}_{\Lambda }}((i-1)/n)}{{\textstyle\textstyle\sum _{j=0}^{\infty }}{\overline{F}_{\Lambda }}(j/n)},\hspace{1em}i\ge 1.\end{array}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</disp-formula-group></p></statement><statement id="j_vmsta158_stat_028"><label>Proof.</label>
<p>Suppose <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_283"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∼</mml:mo><mml:mtext>MP</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$X\sim \text{MP}({F_{\Lambda }})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> with <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_284"><alternatives>
<mml:math><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$𝔼(X)<1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and the equilibrium probability function <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_285"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${f_{e}}(x)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Let <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_286"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{1}},{X_{2}},\dots $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> be a sequence of <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_287"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext>NBM</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">π</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\text{NBM}({\boldsymbol{\pi }_{n}},{p_{n}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> r.v.s approximating <italic>X</italic>, where <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_288"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">π</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\boldsymbol{\pi }_{n}}=(q(1,n),q(2,n),\dots )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, with <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_289"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$q(k,n)={F_{\Lambda }}(k/n)-{F_{\Lambda }}((k-1)/n)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_290"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${p_{n}}=n/(n+1)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. That is, 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_091">
<label>(54)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>·</mml:mo><mml:mtext>nb</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {f_{{X_{n}}}}(x)={\sum \limits_{k=1}^{\infty }}q(k,n)\cdot \text{nb}(k,n/(n+1))(x),\hspace{1em}x\ge 0.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
By (<xref rid="j_vmsta158_eq_046">30</xref>), 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_092">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>·</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>·</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ 𝔼({X_{n}})={\sum \limits_{k=1}^{\infty }}k\hspace{0.1667em}q(k,n)\cdot \frac{1/(n+1)}{n/(n+1)}={\sum \limits_{k=1}^{\infty }}(k/n)\cdot [\hspace{0.1667em}{F_{\Lambda }}(k/n)-{F_{\Lambda }}((k-1)/n)\hspace{0.1667em}].\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Taking the limit, 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_093">
<label>(55)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">lim</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \underset{n\to \infty }{\lim }𝔼({X_{n}})={\int _{0}^{\infty }}x\hspace{0.1667em}d{F_{\Lambda }}(x)=𝔼(\Lambda )=𝔼(X).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Now, by Theorem <xref rid="j_vmsta158_stat_025">11</xref>, since <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_291"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mover><mml:mo stretchy="true">→</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi></mml:mrow></mml:mover><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{n}}\xrightarrow{D}X$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, we have 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_094">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">lim</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \underset{n\to \infty }{\lim }{\overline{F}_{{X_{n}}}}(x)={\overline{F}_{X}}(x),\hspace{1em}x\ge 0.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Combining the above with (<xref rid="j_vmsta158_eq_093">55</xref>), 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_095">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">lim</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \underset{n\to \infty }{\lim }\frac{{\overline{F}_{{X_{n}}}}(x)}{𝔼({X_{n}})}=\frac{{\overline{F}_{X}}(x)}{𝔼(X)}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
This means the equilibrium probability function <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_292"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${f_{e,n}}(x)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> associated to <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_293"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${f_{{X_{n}}}}(x)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> satisfies 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_096">
<label>(56)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">lim</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \underset{n\to \infty }{\lim }{f_{e,n}}(x)={f_{e}}(x),\hspace{1em}x\ge 0.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Using probability generating functions and (<xref rid="j_vmsta158_eq_096">56</xref>), it is also easy to show that for any <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_294"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k\ge 1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_097">
<label>(57)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">lim</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \underset{n\to \infty }{\lim }{F_{e,n}^{\ast k}}(x)={F_{e}^{\ast k}}(x),\hspace{1em}x\ge 0.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Now, let <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_295"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{n1}},{X_{n2}},\dots $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> be i.i.d. random variables with the probability function <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_296"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${f_{e,n}}(x)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and set <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_297"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo largeop="false" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${S_{k,n}}:={\textstyle\sum _{i=1}^{k}}{X_{ni}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. By the Pollaczeck–Khinchine formula, for <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_298"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$u\ge 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_098">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right center left" columnspacing="10.0pt 10.0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="eqnarray-1"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-2"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-3">
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>𝔼</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="eqnarray-1"/><mml:mtd class="eqnarray-2"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-3">
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>𝔼</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{array}{r@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}l}\displaystyle {\psi _{n}}(u)& \displaystyle =& \displaystyle {\sum \limits_{k=1}^{\infty }}ℙ({S_{k,n}}\ge u)\hspace{0.1667em}(1-𝔼({X_{n}})){𝔼^{k}}({X_{n}})\\ {} & \displaystyle =& \displaystyle {\sum \limits_{k=1}^{\infty }}(1-{F_{e,n}^{\ast k}}(u-1))\hspace{0.1667em}(1-𝔼({X_{n}})){𝔼^{k}}({X_{n}}).\end{array}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Taking the limit as <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_299"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$n\to \infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and using (<xref rid="j_vmsta158_eq_093">55</xref>) and (<xref rid="j_vmsta158_eq_097">57</xref>), 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_099">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">lim</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>𝔼</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \underset{n\to \infty }{\lim }{\psi _{n}}(u)={\sum \limits_{k=1}^{\infty }}(1-{F_{e}^{\ast k}}(u-1))\hspace{0.1667em}(1-𝔼(X)){𝔼^{k}}(X)=\psi (u),\hspace{1em}u\ge 1.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
On the other hand, since claims <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_300"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{n}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> have a <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_301"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext>NBM</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">π</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\text{NBM}({\boldsymbol{\pi }_{n}},{p_{n}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> distribution, with <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_302"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">π</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\boldsymbol{\pi }_{n}}=(q(1,n),q(2,n),\dots )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_303"><alternatives>
<mml:math><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\hspace{1em}q(k,n)={F_{\Lambda }}(k/n)-{F_{\Lambda }}((k-1)/n)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_304"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${p_{n}}=n/(n+1)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, by Theorem <xref rid="j_vmsta158_stat_019">8</xref>, 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_100">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>·</mml:mo><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\psi _{n}}(u)={\sum \limits_{k=0}^{\infty }}{\overline{C}_{k,n}}\cdot ℙ(Z=k)=𝔼({\overline{C}_{Z,n}}),\hspace{1em}u\ge 1,\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_305"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∼</mml:mo><mml:mtext>NB</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$Z\sim \text{NB}(u,1/(n+1))$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and the sequence <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_306"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="{" close="}"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\left\{{\overline{C}_{k,n}}\right\}_{k=0}^{\infty }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is given by 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_101">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right center left" columnspacing="10.0pt 10.0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="eqnarray-1"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-2"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-3"><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="eqnarray-1"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-2"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-3"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="eqnarray-1"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-2"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-3"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{array}{r@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}l}\displaystyle {\overline{C}_{0,n}}& \displaystyle =& \displaystyle 𝔼({N_{n}})/n,\\ {} \displaystyle {\overline{C}_{k,n}}& \displaystyle =& \displaystyle {\overline{C}_{0,n}}\hspace{0.1667em}\left[{\sum \limits_{i=1}^{k}}{f_{Ne}}(i)\hspace{0.1667em}{\overline{C}_{k-i,n}}+{\overline{F}_{Ne}}(k)\right],\hspace{1em}k\ge 1,\\ {} \displaystyle {f_{Ne}}(i)& \displaystyle =& \displaystyle \frac{{\overline{F}_{{N_{n}}}}(i-1)}{𝔼({N_{n}})},\hspace{1em}i\ge 1,\end{array}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_307"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${N_{n}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the r.v. related to probabilities <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_308"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$q(k,n)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Thus, it only remains to calculate the form of <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_309"><alternatives>
<mml:math><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$𝔼({N_{n}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_310"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\overline{F}_{{N_{n}}}}(i-1)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_102">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right center left" columnspacing="10.0pt 10.0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="eqnarray-1"><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-2"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-3">
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="eqnarray-1"/><mml:mtd class="eqnarray-2"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-3">
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{array}{r@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}l}\displaystyle 𝔼({N_{n}})& \displaystyle =& \displaystyle {\sum \limits_{j=1}^{\infty }}ℙ({N_{n}}>j-1)={\sum \limits_{j=1}^{\infty }}{\sum \limits_{i=j}^{\infty }}q(i,n)\\ {} & \displaystyle =& \displaystyle {\sum \limits_{j=1}^{\infty }}{\sum \limits_{i=j}^{\infty }}({F_{\Lambda }}(i/n)-{F_{\Lambda }}((i-1)/n))={\sum \limits_{j=0}^{\infty }}{\overline{F}_{\Lambda }}(j/n).\end{array}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Thus, 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_103">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\overline{C}_{0,n}}={\sum \limits_{j=0}^{\infty }}{\overline{F}_{\Lambda }}(j/n)/n.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Also, 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_104">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right center left" columnspacing="10.0pt 10.0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="eqnarray-1"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-2"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-3"><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi mathvariant="italic">q</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="eqnarray-1"/><mml:mtd class="eqnarray-2"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-3">
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{array}{r@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}l}\displaystyle {\overline{F}_{{N_{n}}}}(i-1)& \displaystyle =& \displaystyle ℙ({N_{n}}>i-1)={\sum \limits_{k=i}^{\infty }}q(k,n)\\ {} & \displaystyle =& \displaystyle {\sum \limits_{k=i}^{\infty }}({F_{\Lambda }}(k/n)-{F_{\Lambda }}((k-1)/n))={\overline{F}_{\Lambda }}((i-1)/n).\end{array}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Then, 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_105">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo largeop="false" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {f_{Ne}}(i)=\frac{{\overline{F}_{\Lambda }}((i-1)/n)}{{\textstyle\textstyle\sum _{j=0}^{\infty }}{\overline{F}_{\Lambda }}(j/n)},\hspace{1em}i\ge 1.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
 □</p></statement></p>
<sec id="j_vmsta158_s_006">
<label>5.1</label>
<title>First approximation method</title>
<p>Our first proposal of approximation to <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_311"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\psi (u)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is presented as a corollary of Theorem <xref rid="j_vmsta158_stat_027">12</xref>. Note that <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_312"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo largeop="false" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\overline{C}_{0,n}}={\textstyle\sum _{j=0}^{\infty }}{\overline{F}_{\Lambda }}(j/n)/n$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is an upper sum for the integral of <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_313"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\overline{F}_{\Lambda }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Thus, <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_314"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\overline{C}_{0,n}}\to 𝔼(\Lambda )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> as <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_315"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$n\to \infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. For the approximation methods we propose, we will take <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_316"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\overline{C}_{0,n}}=𝔼(\Lambda )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, for any value of <italic>n</italic>.</p><statement id="j_vmsta158_stat_029"><label>Corollary 1.</label>
<p><italic>Suppose a Gerber–Dickson model (</italic><xref rid="j_vmsta158_eq_006"><italic>4</italic></xref><italic>) with</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_317"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext mathvariant="italic">MP</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\textit{MP}({F_{\Lambda }})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>claims is given. For large n,</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_106">
<label>(58)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≈</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>·</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">nb</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \psi (u)\approx {\sum \limits_{k=0}^{\infty }}{\overline{C}_{k,n}}\cdot \textit{nb}(u,1/(1+n))(k),\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
<italic>where</italic> <disp-formula-group id="j_vmsta158_dg_008">
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_107">
<label>(59)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right center left" columnspacing="10.0pt 10.0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="eqnarray-1"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-2"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-3"><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{array}{r@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}l}\displaystyle {\overline{C}_{0,n}}& \displaystyle =& \displaystyle 𝔼(\Lambda ),\end{array}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_108">
<label>(60)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right center left" columnspacing="10.0pt 10.0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="eqnarray-1"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-2"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-3"><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{array}{r@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}l}\displaystyle {\overline{C}_{k,n}}& \displaystyle =& \displaystyle 𝔼(\Lambda )\left[{\sum \limits_{i=1}^{k}}{f_{Ne}}(i)\hspace{0.1667em}{\overline{C}_{k-i,n}}+{\overline{F}_{Ne}}(k)\right],\hspace{1em}k\ge 1,\end{array}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_109">
<label>(61)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right center left" columnspacing="10.0pt 10.0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="eqnarray-1"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-2"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="eqnarray-3"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo largeop="false" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{array}{r@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}l}\displaystyle {f_{Ne}}(i)& \displaystyle =& \displaystyle \frac{{\overline{F}_{\Lambda }}((i-1)/n)}{{\textstyle\textstyle\sum _{j=0}^{\infty }}{\overline{F}_{\Lambda }}(j/n)},\hspace{1em}i\ge 1.\end{array}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</disp-formula-group></p></statement>
<p>For example, suppose claims have a <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_318"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext>MP</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\text{MP}({F_{\Lambda }})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> distribution, where <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_319"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∼</mml:mo><mml:mtext>Exp</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Lambda \sim \text{Exp}(\beta )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. In this case, claims have a <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_320"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext>Geo</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\text{Geo}(\beta /(1+\beta ))$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> distribution with mean value <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_321"><alternatives>
<mml:math><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$1/\beta $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. By (<xref rid="j_vmsta158_eq_040">28</xref>), 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_110">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \psi (u)={\left(\frac{1/(1+\beta )}{\beta /(1+\beta )}\right)^{u+1}}=\frac{1}{{\beta ^{u+1}}},\hspace{1em}u\ge 0.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Observe the net profit condition implies the restriction <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_322"><alternatives>
<mml:math><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$1/\beta <1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. We will check that our approximation (<xref rid="j_vmsta158_eq_106">58</xref>) converges to this solution as <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_323"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$n\to \infty $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. First, the following is easily calculated: <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_324"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${f_{Ne}}(i)={e^{-i\beta /n}}({e^{\beta /n}}-1)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_325"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\overline{F}_{Ne}}(k)={e^{-\beta k/n}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. After some more calculations, one can obtain 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_111">
<label>(62)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\overline{C}_{k,n}}=\frac{1}{\beta }{\left[\frac{1}{\beta }(1-{e^{-\beta /n}})+{e^{-\beta /n}}\right]^{k}}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Substituting (<xref rid="j_vmsta158_eq_111">62</xref>) into (<xref rid="j_vmsta158_eq_106">58</xref>) and simplifying, 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_112">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mspace width="0.1667em"/><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="1em"/><mml:mtext>as</mml:mtext><mml:mspace width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\psi _{n}}(u)=\frac{1}{\beta }\hspace{0.1667em}{\left(1-n\hspace{0.1667em}(1-{e^{-\beta /n}})/\beta +n\hspace{0.1667em}(1-{e^{-\beta /n}})\right)^{-u}}\hspace{2.5pt}\to \hspace{2.5pt}1/{\beta ^{u+1}}\hspace{1em}\text{as}\hspace{1em}n\to \infty .\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>In the examples shown in the next section, we have numerically found that the infinite sum (<xref rid="j_vmsta158_eq_106">58</xref>) converges fast enough, so that a partial sum can be used without much loss of accuracy.</p>
</sec>
<sec id="j_vmsta158_s_007">
<label>5.2</label>
<title>Second approximation method</title>
<p>Our second method to approximate the ruin probability is a direct application of the Law of Large Numbers [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta158_ref_006">6</xref>].</p><statement id="j_vmsta158_stat_030"><label>Corollary 2.</label>
<p><italic>Suppose a Gerber–Dickson model (</italic><xref rid="j_vmsta158_eq_006"><italic>4</italic></xref><italic>) with</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_326"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext mathvariant="italic">MP</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\textit{MP}({F_{\Lambda }})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>claims is given. Let</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_327"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${z_{1}},\dots ,{z_{m}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>be a random sample of a</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_328"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext mathvariant="italic">NB</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\textit{NB}(u,1/(1+n))$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>distribution. For large n and m,</italic> 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_113">
<label>(63)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≈</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \psi (u)\approx \frac{1}{m}{\sum \limits_{i=1}^{m}}{\overline{C}_{{z_{i}},n}},\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
<italic>where</italic> <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_329"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\{{\overline{C}_{k,n}}\}_{k=0}^{\infty }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <italic>is given by (</italic><xref rid="j_vmsta158_eq_107"><italic>59</italic></xref><italic>), (</italic><xref rid="j_vmsta158_eq_108"><italic>60</italic></xref><italic>) and (</italic><xref rid="j_vmsta158_eq_109"><italic>61</italic></xref><italic>).</italic></p></statement>
<p>The expression <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_330"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>ℙ</mml:mi><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo largeop="false" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\psi (u)=ℙ\left({\textstyle\sum _{i=1}^{K}}{Y_{i}^{\ast }}\ge u\right)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, given in (<xref rid="j_vmsta158_eq_035">25</xref>), produces another approximation method due to the Law of Large Numbers. This approximation method is well known in the classical model of Cramér–Lundberg [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta158_ref_001">1</xref>, page 465], and it is easily applied in our discrete model. Indeed, for large values of <italic>m</italic>, 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_114">
<label>(64)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≈</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \psi (u)\approx \frac{1}{m}{\sum \limits_{i=1}^{m}}{w_{i}},\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_331"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${w_{1}},{w_{2}},\dots ,{w_{m}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is a random sample generated from a random variable <italic>W</italic> such as <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_332"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\psi (u)=𝔼(W)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. The random variable <italic>W</italic> is defined by 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_115">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="{" close=""><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="10.0pt" equalrows="false" columnlines="none none" equalcolumns="false" columnalign="left left"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mtext>if</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo largeop="false" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mtext>if</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo largeop="false" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ W=\left\{\begin{array}{l@{\hskip10.0pt}l}1& \text{if}\hspace{2.5pt}\hspace{2.5pt}{\textstyle\textstyle\sum _{i=1}^{K}}{Y_{i}^{\ast }}\ge u,\\ {} 0& \text{if}\hspace{2.5pt}\hspace{2.5pt}{\textstyle\textstyle\sum _{i=1}^{K}}{Y_{i}^{\ast }}<u.\end{array}\right.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
The approximation given by (<xref rid="j_vmsta158_eq_114">64</xref>) will be called the Pollaczeck–Khinchine method in this work. It will be used to contrast the new methods used in the numerical examples in section <xref rid="j_vmsta158_s_008">6</xref>.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="j_vmsta158_s_008">
<label>6</label>
<title>Numerical examples</title>
<p>In this section we apply the proposed approximation methods in the case when the mixing distribution is Erlang, Pareto and Lognormal. The results obtained show that the approximated ruin probabilities are extremely close to the exact probabilities. The latter were calculated recursively using formulas (<xref rid="j_vmsta158_eq_007">5</xref>) and (<xref rid="j_vmsta158_eq_008">6</xref>). In all cases the new approximations were calculated for <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_333"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$u=0,1,2,\dots ,10$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and using the software <monospace>R</monospace>. For the first proposed approximation method, <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_334"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>500</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$n=500$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> was used; for the second method, <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_335"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1000</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$m=1000$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, i.e. 1000 values were generated from a <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_336"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext>NB</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\text{NB}(u,1/(n+1))$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> distribution, and again <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_337"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$n=$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> 500. The sum (<xref rid="j_vmsta158_eq_106">58</xref>) was truncated up to the integer <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_338"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${k^{\ast }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> defined below as the largest integer where the probability function <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_339"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext>nb</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\text{nb}(u,1/(1+n))(x)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is still above the arbitrary chosen small value 0.00001, 
<disp-formula id="j_vmsta158_eq_116">
<label>(65)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mtext>nb</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0.00001</mml:mn><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {k^{\ast }}=\max \{x:\text{nb}(u,1/(1+n))(x)>0.00001\}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Hence, for <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_340"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$x\ge {k^{\ast }}+1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> the probability function is less than or equal to 0.00001 and we neglect those terms in the sum (<xref rid="j_vmsta158_eq_106">58</xref>).</p>
<p>In order to evaluate the accuracy of the simulation approach (<xref rid="j_vmsta158_eq_113">63</xref>), it was compared with the Pollaczeck–Khinchine method (<xref rid="j_vmsta158_eq_114">64</xref>). The latter was implemented using 10,000 simulations in each ruin probability approximation.</p>
<sec id="j_vmsta158_s_009">
<title>Erlang distribution</title>
<p>In this example we assume claims have a <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_341"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext>MP</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\text{MP}({F_{\Lambda }})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> distribution with <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_342"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∼</mml:mo><mml:mtext>Erlang</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Lambda \sim \text{Erlang}(2,3)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. In this case, <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_343"><alternatives>
<mml:math><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$𝔼(\Lambda )=2/3$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Table <xref rid="j_vmsta158_tab_001">1</xref> below shows the results of the approximations. Columns <italic>E</italic>, <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_344"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${N_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_345"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${N_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and PK show, for each value of <italic>u</italic>, the exact value of <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_346"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\psi (u)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, the approximation with the first method, the approximation with the second method, and the approximation with the Pollaczeck–Khinchine method, respectively. Relative errors <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_347"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mover><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(\hat{\psi }-\psi )/\psi $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are also shown. The left-hand side plot of Figure <xref rid="j_vmsta158_fig_002">2</xref> shows the values of <italic>u</italic> against <italic>E</italic>, <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_348"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${N_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_349"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${N_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and PK. The right-hand side plot shows the values of <italic>u</italic> against the relative errors.</p>
<fig id="j_vmsta158_fig_002">
<label>Fig. 2.</label>
<caption>
<p>Approximation when claims are <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_350"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext>MP</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\text{MP}(\Lambda )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_351"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∼</mml:mo><mml:mtext>Erlang</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Lambda \sim \text{Erlang}(2,3)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula></p>
</caption>
<graphic xlink:href="vmsta158_g002.jpg"/>
</fig>
<table-wrap id="j_vmsta158_tab_001">
<label>Table 1.</label>
<caption>
<p>Ruin probability approximation for <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_352"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext>MP</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\text{MP}({F_{\Lambda }})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> claims with <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_353"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∼</mml:mo><mml:mtext>Erlang</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Lambda \sim \text{Erlang}(2,3)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula></p>
</caption>
<table>
<thead>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-top: solid thin; border-bottom: solid thin"><italic>u</italic></td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-top: solid thin; border-bottom: solid thin"><italic>E</italic></td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-top: solid thin; border-bottom: solid thin"><inline-formula id="j_vmsta158_ineq_354"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${N_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula></td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-top: solid thin; border-bottom: solid thin"><inline-formula id="j_vmsta158_ineq_355"><alternatives>
<mml:math><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mover><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\frac{\hat{\psi }-\psi }{\psi }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula></td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-top: solid thin; border-bottom: solid thin"><inline-formula id="j_vmsta158_ineq_356"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${N_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula></td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-top: solid thin; border-bottom: solid thin"><inline-formula id="j_vmsta158_ineq_357"><alternatives>
<mml:math><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mover><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\frac{\hat{\psi }-\psi }{\psi }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula></td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-top: solid thin; border-bottom: solid thin"><inline-formula id="j_vmsta158_ineq_358"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$PK$]]></tex-math></alternatives></inline-formula></td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-top: solid thin; border-bottom: solid thin"><inline-formula id="j_vmsta158_ineq_359"><alternatives>
<mml:math><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mover><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\frac{\hat{\psi }-\psi }{\psi }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula></td>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.66667</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.66667</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.00000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.66667</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.00000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.66667</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.00000</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">1</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.40741</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.40775</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.00084</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.40326</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">−0.01019</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.4089</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.00366</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">2</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.24280</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.24328</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.00196</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.24551</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.01115</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.2397</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">−0.01276</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">3</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.14358</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.14401</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.00306</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.14317</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">−0.00282</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.1456</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.01410</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">4</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.08469</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.08504</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.00414</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.08647</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.02096</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.084</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">−0.00818</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">5</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.04992</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.05018</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.00521</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.05063</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.01419</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.0512</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.02566</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">6</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.02942</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.02960</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.00628</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.02989</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.01607</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.0311</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.05726</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">7</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.01733</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.01746</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.00735</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.01732</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">−0.00079</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.0172</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">−0.00763</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">8</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.01021</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.01030</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.00842</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.01009</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">−0.01208</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.0105</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.02818</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">9</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.00602</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.00607</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.00949</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.00586</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">−0.02682</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.0061</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.01379</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-bottom: solid thin">10</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-bottom: solid thin">0.00355</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-bottom: solid thin">0.00358</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-bottom: solid thin">0.01056</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-bottom: solid thin">0.00335</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-bottom: solid thin">−0.05468</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-bottom: solid thin">0.0031</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-bottom: solid thin">−0.12559</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
</sec>
<sec id="j_vmsta158_s_010">
<title>Pareto distribution</title>
<p>In this example claims have a <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_360"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext>MP</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\text{MP}({F_{\Lambda }})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> distribution with <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_361"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∼</mml:mo><mml:mtext>Pareto</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Lambda \sim \text{Pareto}(3,1)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. For this distribution, <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_362"><alternatives>
<mml:math><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$𝔼(\Lambda )=1/2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Table <xref rid="j_vmsta158_tab_002">2</xref> shows the approximations results in the same terms as in Table <xref rid="j_vmsta158_tab_001">1</xref>. Figure <xref rid="j_vmsta158_fig_003">3</xref> shows the results graphically.</p>
<fig id="j_vmsta158_fig_003">
<label>Fig. 3.</label>
<caption>
<p>Approximation when claims are <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_363"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext>MP</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\text{MP}(\Lambda )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_364"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∼</mml:mo><mml:mtext>Pareto</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Lambda \sim \text{Pareto}(3,1)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula></p>
</caption>
<graphic xlink:href="vmsta158_g003.jpg"/>
</fig>
<table-wrap id="j_vmsta158_tab_002">
<label>Table 2.</label>
<caption>
<p>Ruin probability approximation for <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_365"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext>MP</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\text{MP}({F_{\Lambda }})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> claims with <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_366"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∼</mml:mo><mml:mtext>Pareto</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Lambda \sim \text{Pareto}(3,1)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula></p>
</caption>
<table>
<thead>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-top: solid thin; border-bottom: solid thin"><italic>u</italic></td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-top: solid thin; border-bottom: solid thin"><italic>E</italic></td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-top: solid thin; border-bottom: solid thin"><inline-formula id="j_vmsta158_ineq_367"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${N_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula></td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-top: solid thin; border-bottom: solid thin"><inline-formula id="j_vmsta158_ineq_368"><alternatives>
<mml:math><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mover><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\frac{\hat{\psi }-\psi }{\psi }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula></td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-top: solid thin; border-bottom: solid thin"><inline-formula id="j_vmsta158_ineq_369"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${N_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula></td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-top: solid thin; border-bottom: solid thin"><inline-formula id="j_vmsta158_ineq_370"><alternatives>
<mml:math><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mover><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\frac{\hat{\psi }-\psi }{\psi }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula></td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-top: solid thin; border-bottom: solid thin"><inline-formula id="j_vmsta158_ineq_371"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$PK$]]></tex-math></alternatives></inline-formula></td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-top: solid thin; border-bottom: solid thin"><inline-formula id="j_vmsta158_ineq_372"><alternatives>
<mml:math><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mover><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\frac{\hat{\psi }-\psi }{\psi }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula></td>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.50000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.50000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.00000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.50000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.00000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.50000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.00000</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">1</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.28757</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.28751</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">−0.00023</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.28484</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">−0.00950</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.29170</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.01435</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">2</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.18050</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.18046</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">−0.00022</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.18216</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.00921</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.17690</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">−0.01995</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">3</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.12014</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.12010</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">−0.00034</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.11960</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">−0.00448</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.12040</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.00215</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">4</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.08348</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.08344</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">−0.00053</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.08445</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.01159</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.08170</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">−0.02135</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">5</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.06001</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.05996</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">−0.00076</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.06034</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.00547</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.06080</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.01317</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">6</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.04437</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.04432</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">−0.00100</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.04450</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.00301</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.04600</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.03681</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">7</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.03360</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.03356</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">−0.00127</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.03343</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">−0.00528</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.03270</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">−0.02686</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">8</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.02599</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.02595</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">−0.00154</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.02577</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">−0.00865</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.02280</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">−0.12288</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">9</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.02049</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.02045</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">−0.00181</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.02019</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">−0.01467</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.02020</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">−0.01419</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-bottom: solid thin">10</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-bottom: solid thin">0.01643</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-bottom: solid thin">0.01639</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-bottom: solid thin">−0.00209</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-bottom: solid thin">0.01612</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-bottom: solid thin">−0.01858</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-bottom: solid thin">0.01750</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-bottom: solid thin">0.06527</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
</sec>
<sec id="j_vmsta158_s_011">
<title>Lognormal distribution</title>
<p>In this example we suppose that claims have a <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_373"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext>MP</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\text{MP}({F_{\Lambda }})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> distribution with <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_374"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∼</mml:mo><mml:mtext>Lognormal</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Lambda \sim \text{Lognormal}(-1,1)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. For this distribution <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_375"><alternatives>
<mml:math><mml:mi>𝔼</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$𝔼(\Lambda )={e^{-1/2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Table <xref rid="j_vmsta158_tab_003">3</xref> shows the approximations results and Figure <xref rid="j_vmsta158_fig_004">4</xref> shows the related plots.</p>
<fig id="j_vmsta158_fig_004">
<label>Fig. 4.</label>
<caption>
<p>Approximation when claims are <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_376"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext>MP</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\text{MP}(\Lambda )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_377"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∼</mml:mo><mml:mtext>Lognormal</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Lambda \sim \text{Lognormal}(-1,1)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula></p>
</caption>
<graphic xlink:href="vmsta158_g004.jpg"/>
</fig>
<table-wrap id="j_vmsta158_tab_003">
<label>Table 3.</label>
<caption>
<p>Approximations for <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_378"><alternatives>
<mml:math><mml:mtext>MP</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\text{MP}({F_{\Lambda }})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> claims with <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_379"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∼</mml:mo><mml:mtext>Lognormal</mml:mtext><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Lambda \sim \text{Lognormal}(-1,1)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula></p>
</caption>
<table>
<thead>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-top: solid thin; border-bottom: solid thin"><italic>u</italic></td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-top: solid thin; border-bottom: solid thin"><italic>E</italic></td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-top: solid thin; border-bottom: solid thin"><inline-formula id="j_vmsta158_ineq_380"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${N_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula></td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-top: solid thin; border-bottom: solid thin"><inline-formula id="j_vmsta158_ineq_381"><alternatives>
<mml:math><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mover><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\frac{\hat{\psi }-\psi }{\psi }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula></td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-top: solid thin; border-bottom: solid thin"><inline-formula id="j_vmsta158_ineq_382"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${N_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula></td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-top: solid thin; border-bottom: solid thin"><inline-formula id="j_vmsta158_ineq_383"><alternatives>
<mml:math><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mover><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\frac{\hat{\psi }-\psi }{\psi }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula></td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-top: solid thin; border-bottom: solid thin"><inline-formula id="j_vmsta158_ineq_384"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$PK$]]></tex-math></alternatives></inline-formula></td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-top: solid thin; border-bottom: solid thin"><inline-formula id="j_vmsta158_ineq_385"><alternatives>
<mml:math><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mover><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\frac{\hat{\psi }-\psi }{\psi }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula></td>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.60653</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.60653</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.00000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.60653</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.00000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.60653</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.00000</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">1</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.38126</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.38124</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">−0.00005</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.37816</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">−0.00813</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.37960</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">−0.00436</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">2</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.25231</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.25238</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.00025</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.25426</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.00772</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.25340</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.00431</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">3</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.17287</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.17294</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.00042</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.17198</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">−0.00515</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.17520</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.01349</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">4</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.12128</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.12135</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.00053</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.12282</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.01264</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.12010</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">−0.00976</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">5</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.08661</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.08666</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.00060</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.08715</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.00624</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.08960</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.03456</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">6</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.06272</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.06276</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.00064</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.06297</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.00397</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.06280</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.00124</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">7</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.04597</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.04600</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.00067</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.04574</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">−0.00487</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.04390</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">−0.04498</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">8</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.03404</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.03406</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.00067</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.03373</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">−0.00914</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.03420</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.00466</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">9</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.02545</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.02546</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.00066</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.02502</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">−0.01686</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">0.02420</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center">−0.04902</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-bottom: solid thin">10</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-bottom: solid thin">0.01919</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-bottom: solid thin">0.01920</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-bottom: solid thin">0.00063</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-bottom: solid thin">0.01874</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-bottom: solid thin">−0.02346</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-bottom: solid thin">0.02030</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: center; border-bottom: solid thin">0.05791</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>As can be seen from the tables and graphs shown, the two approximating methods yield ruin probabilities close to the exact probabilities for the examples considered.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="j_vmsta158_s_012">
<label>7</label>
<title>Conclusions</title>
<p>We have first provided a general formula for the ultimate ruin probability in the Gerber–Dickson risk model (<xref rid="j_vmsta158_eq_006">4</xref>) when claims follow a negative binomial mixture (NBM) distribution. The ruin probability is expressed as the expected value of a deterministic sequence <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_386"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\{{C_{k}}\}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, where index <italic>k</italic> is the value of a negative binomial distribution. The sequence is not given explicitly but can be calculated recursively. We then extended the formula for claims with a mixed Poisson (MP) distribution. The extension was possible due to the fact that MP distributions can be approximated by NBM distributions.</p>
<p>The formulas obtained yielded two immediate approximation methods. These were tested using particular examples. The numerical results showed high accuracy. The second approximation method showed more stability than the PK method under changes of the initial capital <italic>u</italic>.</p>
<p>The general results obtained in this work lead to some other questions that we have set aside for further work: error bounds for our estimates, detailed study of some other particular cases for NBM and MP distributions, properties and bounds for the sequence <inline-formula id="j_vmsta158_ineq_387"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\{{C_{k}}\}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and the possible extension of the ruin probability formula to more general claim distributions.</p>
</sec>
</body>
<back>
<ref-list id="j_vmsta158_reflist_001">
<title>References</title>
<ref id="j_vmsta158_ref_001">
<label>[1]</label><mixed-citation publication-type="book"> <string-name><surname>Asmussen</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Albrecher</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>: <source>Ruin Probabilities</source> vol. <volume>14</volume>. <publisher-name>World scientific Singapore</publisher-name> (<year>2010</year>) <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=2766220">MR2766220</ext-link>. <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1142/9789814282536" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1142/9789814282536</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta158_ref_002">
<label>[2]</label><mixed-citation publication-type="book"> <string-name><surname>Bowers</surname>, <given-names>N.L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Gerber</surname>, <given-names>H.U.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Hickman</surname>, <given-names>J.C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jones</surname>, <given-names>D.A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Nesbitt</surname>, <given-names>C.J.</given-names></string-name>: <source>Actuarial Mathematics</source>. <publisher-name>The Society of Actuaries</publisher-name>, <publisher-loc>Illinois</publisher-loc> (<year>1997</year>) <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=2011229">MR2011229</ext-link>. <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1080/10920277.1999.10595793" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1080/10920277.1999.10595793</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta158_ref_003">
<label>[3]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Cheng</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Gerber</surname>, <given-names>H.U.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Shiu</surname>, <given-names>E.S.</given-names></string-name>: <article-title>Discounted probabilities and ruin theory in the compound binomial model</article-title>. <source>Insur. Math. Econ.</source> <volume>26</volume>(<issue>2</issue>), <fpage>239</fpage>–<lpage>250</lpage> (<year>2000</year>) <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=1787839">MR1787839</ext-link>. <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1016/S0167-6687(99)00053-0" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1016/S0167-6687(99)00053-0</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta158_ref_004">
<label>[4]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Damarackas</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>S˘iaulys</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>: <article-title>A note on the net profit condition for discrete and classical risk models</article-title>. <source>Lith. Math. J.</source> <volume>55</volume>(<issue>4</issue>), <fpage>465</fpage>–<lpage>473</lpage> (<year>2015</year>) <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=3424708">MR3424708</ext-link>. <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1007/s10986-015-9292-x" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1007/s10986-015-9292-x</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta158_ref_005">
<label>[5]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Dickson</surname>, <given-names>D.C.</given-names></string-name>: <article-title>Some comments on the compound binomial model</article-title>. <source>ASTIN Bull.</source> <volume>24</volume>(<issue>1</issue>), <fpage>33</fpage>–<lpage>45</lpage> (<year>1994</year>)</mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta158_ref_006">
<label>[6]</label><mixed-citation publication-type="book"> <string-name><surname>Feller</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name>: <source>An Introduction to Probability Theory and Its Applications I</source>. <publisher-name>John Wiley and Sons</publisher-name>, <publisher-loc>New York</publisher-loc> (<year>1968</year>) <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=0228020">MR0228020</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta158_ref_007">
<label>[7]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Gerber</surname>, <given-names>H.U.</given-names></string-name>: <article-title>Mathematical fun with the compound binomial process</article-title>. <source>ASTIN Bull.</source> <volume>18</volume>(<issue>2</issue>), <fpage>161</fpage>–<lpage>168</lpage> (<year>1988</year>)</mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta158_ref_008">
<label>[8]</label><mixed-citation publication-type="book"> <string-name><surname>Grandell</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>: <source>Mixed Poisson Processes</source>. <publisher-name>Springer</publisher-name>, <publisher-loc>Dordrecht</publisher-loc> (<year>1997</year>) <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=1463943">MR1463943</ext-link>. <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1007/978-1-4899-3117-7" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1007/978-1-4899-3117-7</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta158_ref_009">
<label>[9]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Karlis</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xekalaki</surname>, <given-names>E.</given-names></string-name>: <article-title>Mixed Poisson distributions</article-title>. <source>Int. Stat. Rev.</source> <volume>73</volume>(<issue>1</issue>), <fpage>35</fpage>–<lpage>58</lpage> (<year>2005</year>)</mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta158_ref_010">
<label>[10]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>: <article-title>Distributions of the surplus before ruin, the deficit at ruin and the claim causing ruin in a class of discrete time risk models</article-title>. <source>Scand. Actuar. J.</source> <volume>2005</volume>(<issue>4</issue>), <fpage>271</fpage>–<lpage>284</lpage> (<year>2005</year>) <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=2164047">MR2164047</ext-link>. <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1080/03461230510009808" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1080/03461230510009808</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta158_ref_011">
<label>[11]</label><mixed-citation publication-type="other"> <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Garrido</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>: On the time value of ruin in the discrete time risk model. Business Economics Series 12, Working Paper 02-18, Universidad Carlos III de Madrid</mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta158_ref_012">
<label>[12]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lu</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Garrido</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>: <article-title>A review of discrete-time risk models</article-title>. <source>Rev. R. Acad. Cienc. Exactas Fís. Nat., Ser. A Mat.</source> <volume>103</volume>(<issue>2</issue>), <fpage>321</fpage>–<lpage>337</lpage> (<year>2009</year>) <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=2582636">MR2582636</ext-link>. <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1007/BF03191910" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1007/BF03191910</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta158_ref_013">
<label>[13]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Puri</surname>, <given-names>P.S..</given-names></string-name>, <string-name><surname>Goldie</surname>, <given-names>C.M.</given-names></string-name>: <article-title>Poisson mixtures and quasi-infinite divisibility of distributions</article-title>. <source>J. Appl. Probab.</source> <volume>16</volume>(<issue>1</issue>), <fpage>138</fpage>–<lpage>153</lpage> (<year>1979</year>) <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=0520944">MR0520944</ext-link>. <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.2307/3213382" xlink:type="simple">https://doi.org/10.2307/3213382</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta158_ref_014">
<label>[14]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Santana</surname>, <given-names>D.J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>González-Hernández</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Rincón</surname>, <given-names>L.</given-names></string-name>: <article-title>Approximation of the ultimate ruin probability in the classical risk model using Erlang mixtures</article-title>. <source>Methodol. Comput. Appl. Probab.</source> <volume>19</volume>(<issue>3</issue>), <fpage>775</fpage>–<lpage>798</lpage> (<year>2017</year>) <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=3683971">MR3683971</ext-link>. <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1007/s11009-016-9515-6" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1007/s11009-016-9515-6</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta158_ref_015">
<label>[15]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Shiu</surname>, <given-names>E.</given-names></string-name>: <article-title>The probability of eventual ruin in the compound binomial model</article-title>. <source>ASTIN Bull.</source> <volume>19</volume>(<issue>2</issue>), <fpage>179</fpage>–<lpage>190</lpage> (<year>1989</year>)</mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta158_ref_016">
<label>[16]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Steutel</surname>, <given-names>F.W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Van Eenige</surname>, <given-names>M.J.A.</given-names></string-name>: <article-title>Note on the approximation of distributions on Z+ by mixtures of negative binomial distributions</article-title>. <source>Stoch. Models</source> <volume>13</volume>(<issue>2</issue>), <fpage>271</fpage>–<lpage>274</lpage> (<year>1997</year>) <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=1442369">MR1442369</ext-link>. <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1080/15326349708807426" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1080/15326349708807426</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta158_ref_017">
<label>[17]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Willmot</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name>: <article-title>On recursive evaluation of mixed Poisson probabilities and related quantities</article-title>. <source>Scand. Actuar. J.</source> <volume>1993</volume>(<issue>2</issue>), <fpage>114</fpage>–<lpage>133</lpage> (<year>1993</year>) <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=1272853">MR1272853</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta158_ref_018">
<label>[18]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Willmot</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lin</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>: <article-title>Risk modeling with the mixed Erlang distribution</article-title>. <source>Appl. Stoch. Models Bus. Ind.</source> <volume>27</volume>(<issue>1</issue>), <fpage>2</fpage>–<lpage>16</lpage> (<year>2011</year>) <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=2752449">MR2752449</ext-link>. <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1002/asmb.838" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1002/asmb.838</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta158_ref_019">
<label>[19]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Willmot</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Woo</surname>, <given-names>J.K.</given-names></string-name>: <article-title>On the class of Erlang mixtures with risk theoretic applications</article-title>. <source>N. Am. Actuar. J.</source> <volume>11</volume>(<issue>2</issue>), <fpage>99</fpage>–<lpage>115</lpage> (<year>2007</year>) <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=2380721">MR2380721</ext-link>. <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1080/10920277.2007.10597450" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1080/10920277.2007.10597450</ext-link></mixed-citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>