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2008-09-22
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2008-9-22 15:08:00

An Introduction to Copulas

An Introduction to Copulas
Second Edition

Roger B. Nelsen

Contents
Preface to the First Edition                                        vii
Preface to the Second Edition                                        ix
1 Introduction                                                        1
2 Definitions and Basic Properties                                    7
2.1 Preliminaries                                                     7
2.2 Copulas                                                          10
Exercises 2.1-2.11                                                   14
2.3 Sklar’s Theorem                                                 17
2.4 Copulas and Random Variables                                     24
Exercises 2.12-2.17                                                  28
2.5 The Fréchet-Hoeffding Bounds for Joint Distribution
Functions of Random Variables                                        30
2.6 Survival Copulas                                                 32
Exercises 2.18-2.26                                                  34
2.7 Symmetry                                                         36
2.8 Order                                                            38
Exercises 2.27-2.33                                                  39
2.9 Random Variate Generation                                        40
2.10 Multivariate Copulas                                            42
Exercises 2.34-2.37                                                  48
3 Methods of Constructing Copulas                                    51
3.1 The Inversion Method                                             51
3.1.1 The Marshall-Olkin Bivariate Exponential Distribution          52
3.1.2 The Circular Uniform Distribution                              55
Exercises 3.1-3.6                                                    57
3.2 Geometric Methods                                                59
3.2.1 Singular Copulas with Prescribed Support                       59
3.2.2 Ordinal Sums                                                   63
Exercises 3.7-3.13                                                   64
3.2.3 Shuffles of M                                                  67
3.2.4 Convex Sums                                                    72
Exercises 3.14-3.20                                                  74
3.2.5 Copulas with Prescribed Horizontal or Vertical Sections        76
3.2.6 Copulas with Prescribed Diagonal Sections                      84
Exercises 3.21-3.34                                                  86
3.3 Algebraic Methods                                                89
3.3.1 Plackett Distributions                                         89
3.3.2 Ali-Mikhail-Haq Distributions                                  92
3.3.3 A Copula Transformation Method                                 94
3.3.4 Extreme Value Copulas                                          97
Exercises 3.35-3.42                                                  99
3.4 Copulas with Specified Properties                               101
3.4.1 Harmonic Copulas                                              101
3.4.2 Homogeneous Copulas                                           101
3.4.3 Concave and Convex Copulas                                    102
3.5 Constructing Multivariate Copulas                               105

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4 Archimedean Copulas                                               109
4.1 Definitions                                                     109
4.2 One-parameter Families                                          114
4.3 Fundamental Properties                                          115
Exercises 4.1-4.17                                                  132
4.4 Order and Limiting Cases                                        135
4.5 Two-parameter Families                                          141
4.5.1 Families of Generators                                        141
4.5.2 Rational Archimedean Copulas                                  146
Exercises 4.18-4.23                                                 150
4.6 Multivariate Archimedean Copulas                                151
Exercises 4.24-4.25                                                 155
5 Dependence                                                        157
5.1 Concordance                                                     157
5.1.1 Kendall’s tau                                                158
Exercises 5.1-5.5                                                   165
5.1.2 Spearman’s rho                                               167
Exercises 5.6-5.15                                                  171
5.1.3 The Relationship between Kendall’s tau
and Spearman’s rho                                                 174
5.1.4 Other Concordance Measures                                    180
Exercises 5.16-5.21                                                 185
5.2 Dependence Properties                                           186
5.2.1 Quadrant Dependence                                           187
Exercises 5.22-5.29                                                 189
5.2.2 Tail Monotonicity                                             191
5.2.3 Stochastic Monotonicity, Corner Set Monotonicity,
and Likelihood Ratio Dependence                                     195
Exercises 5.30-5.39                                                 204
5.3 Other Measures of Association                                   207
5.3.1 Measures of Dependence                                        207
5.3.2 Measures Based on Gini’s Coefficient                         211
Exercises 5.40-5.46                                                 213
5.4 Tail Dependence                                                 214
Exercises 5.47-5.50                                                 216
5.5 Median Regression                                               217
5.6 Empirical Copulas                                               219
5.7 Multivariate Dependence                                         222
6 Additional Topics                                                 227
6.1 Distributions with Fixed Margins                                227
Exercises 6.1-6.5                                                   233
6.2 Quasi-copulas                                                   236
Exercises 6.6-6.8                                                   240
6.3 Operations on Distribution Functions                            241
6.4 Markov Processes                                                244
Exercises 6.9-6.13                                                  248
References                                                          251
List of Symbols                                                     263
Index                                                               265
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