<?xml version="1.0" encoding="utf-8" ?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Archiving and Interchange DTD v1.2 20190208//EN"
                  "JATS-archivearticle1.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" dtd-version="1.2" article-type="other">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">jrepstat</journal-id>
<journal-title-group>
<journal-title>Journal of Reproducible Statistics</journal-title>
</journal-title-group>
<publisher>
<publisher-name>FAIR Press</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<title-group>
<article-title>An Introduction to Copulas: a Complement</article-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0002-3564-766X</contrib-id>
<name>
<surname>Müller</surname>
<given-names>Werner</given-names>
</name>
<aff>Johannes Kepler University Linz</aff>
</contrib>
</contrib-group>
<pub-date date-type="pub" publication-format="electronic">
<year>2026</year>
</pub-date>
<volume>1</volume>
<elocation-id>2</elocation-id>
<history>
<date date-type="received" iso-8601-date="2026-09-18"><day>18</day><month>09</month><year>2026</year></date>
<date date-type="accepted" iso-8601-date="2026-09-22"><day>22</day><month>09</month><year>2026</year></date>
</history>
<permissions>
<license license-type="open-access" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<license-p>This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC-BY 4.0), which permits unrestricted use, distribution and reproduction in any medium provided the original work is properly cited.</license-p>
</license>
</permissions>
<self-uri content-type="html" xlink:href="https://jrepstat.fairpressjournals.com/articles/an-introduction-to-copulas-a-complement/"/>
<abstract>
<p>For many years I have taught an advanced statistical inference course for master's students using the text of Casella and Berger [2002]. The book gives a comprehensive treatment of the core topics at a level that avoids measure theory while remaining mathematically precise, but it does not cover the increasingly important concept of copulas. The present notes are intended to complement the book by adding two sections on copulas in a style that is as close as possible to that of the original text. Numbering of definitions, theorems, examples, and exercises is consistent with Casella and Berger [2002], but the material may also be read as a brief, stand-alone introduction to copula theory.</p>
</abstract>
<kwd-group kwd-group-type="author">
<kwd>copulas</kwd>
<kwd>Sklar's theorem</kwd>
<kwd>dependence measures</kwd>
<kwd>Kendall's tau</kwd>
<kwd>tail dependence</kwd>
<kwd>statistical inference</kwd>
</kwd-group>
<custom-meta-group>
<custom-meta>
<meta-name>data-availability-route</meta-name>
<meta-value>open</meta-value>
</custom-meta>
<custom-meta>
<meta-name>founding-article</meta-name>
<meta-value>true</meta-value>
</custom-meta>
</custom-meta-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="secU003A4.8">
  <title><named-content content-type="header-section-number">4.10</named-content>
  Copulas</title>
  <p>In many applications we wish to model the joint behavior of several
  random variables while allowing flexible and possibly different models
  for their marginal distributions. Classical multivariate families (for
  example, the bivariate normal in Section 3.3 of Casella &amp; Berger
  (2002)) tie the joint and marginal distributions together quite
  rigidly. Copulas provide a way to separate these two aspects: the
  margins and the dependence structure (Joe, 1997; Nelsen, 1999).</p>
  <p>In the years leading up to the 2008 financial crisis, a particular
  dependence model—the Gaussian copula—became widely used on Wall Street
  to price and manage the risk of complex credit products such as
  collateralized debt obligations (Salmon, 2009). By summarizing default
  dependence between thousands of loans in a single, tractable
  parameter, it allowed rating agencies and banks to turn heterogeneous
  pools of mortgages into highly rated securities. The simplicity of the
  formula helped mask the fact that it relied on a very specific and
  fragile assumption about joint tail behavior: that extreme losses
  across different loans were, in effect, nearly independent once the
  linear correlation was set. When housing prices fell nationwide and
  defaults became simultaneously likely across many regions, this
  assumption broke down, and the models severely understated the
  probability of joint defaults. Copulas themselves are not at fault,
  but this episode illustrates how important it is to understand what a
  dependence model captures—and, just as importantly, what it leaves
  out.</p>
  <p>In the following we consider solely the bivariate case; higher
  dimensions are similar in spirit but technically more involved (Joe,
  1997; Nelsen, 1999).</p>
  <sec id="subsecU003A4.8.1">
    <title><named-content content-type="header-section-number">4.10.1</named-content>
    Definition and Basic Properties</title>
    <p>Recall from Section 4.5 of Casella &amp; Berger (2002) that a
    bivariate distribution function <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[F_{X,Y}]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
    must be 2-increasing and right-continuous and must have appropriate
    limits at infinity, see Definition 4.1.1 and the discussion
    preceding Example 4.5.1 in Casella &amp; Berger (2002). Copulas are
    special bivariate distribution functions on
    <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[[0,1]^2]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="postfix">]</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
    with uniform marginals (Nelsen, 1999).</p>
    <p id="defU003A4.8.1">
      <p><bold>Definition 4.10.1</bold>. <italic>Let
      <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[I=[0,1]]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false" form="prefix">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>.
      A <bold>bivariate copula</bold> (or <bold>2-copula</bold>) is a
      function <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[C:I^2\to I]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:msup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>→</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
      such that:</italic></p>
      <def-list>
        <def-item>
          <term>(i)</term>
          <def>
            <p><italic>(Margins) For every
            <inline-formula><alternatives>
            <tex-math><![CDATA[u,v\in I]]></tex-math>
            <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
            <disp-formula><alternatives>
            <tex-math><![CDATA[C(u,0)=0, C(0,v)=0\quad  (\text{i.e. } C \text{ is grounded}),\quad C(u,1)=u, C(1,v)=v.]]></tex-math>
            <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="1.0em"></mml:mspace><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="normal">i.e. </mml:mtext><mml:mspace width="0.333em"></mml:mspace></mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mspace width="0.333em"></mml:mspace><mml:mtext mathvariant="normal"> is grounded</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1.0em"></mml:mspace><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula></italic></p>
          </def>
        </def-item>
        <def-item>
          <term>(ii)</term>
          <def>
            <p><italic>(2-increasing) For every
            <inline-formula><alternatives>
            <tex-math><![CDATA[u_1\le u_2]]></tex-math>
            <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
            and <inline-formula><alternatives>
            <tex-math><![CDATA[v_1\le v_2]]></tex-math>
            <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
            in <inline-formula><alternatives>
            <tex-math><![CDATA[I]]></tex-math>
            <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>I</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>,
            <disp-formula><alternatives>
            <tex-math><![CDATA[C(u_2,v_2)-C(u_2,v_1)-C(u_1,v_2)+C(u_1,v_1)\ge 0.]]></tex-math>
            <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula></italic></p>
          </def>
        </def-item>
      </def-list>
    </p>
    <p>Thus a copula is itself a bivariate cdf on
    <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[[0,1]^2]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="postfix">]</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
    with uniform <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[[0,1]]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
    marginals, in the sense of Definition 4.1.1 of Casella &amp; Berger
    (2002), see (Nelsen, 1999). Three special copulas will be
    useful:</p>
    <p id="defU003A4.8.2">
      <p><bold>Definition 4.10.2</bold>. <italic>The following functions
      from <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[I^2]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></alternatives></inline-formula>
      to <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[I]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>I</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
      are called the <italic>product</italic>, <italic>lower
      Fréchet</italic>, and <italic>upper Fréchet</italic> copulas,
      respectively: <disp-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[\begin{align*}
      \Pi(u,v) &= uv, \\
      W(u,v)  &= \max\{u+v-1,0\}, \\
      M(u,v)  &= \min\{u,v\},
      \end{align*}]]></tex-math>
      <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right; padding-right: 0"><mml:mi mathvariant="normal">Π</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left" style="text-align: left; padding-left: 0"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right; padding-right: 0"><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left" style="text-align: left; padding-left: 0"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi><mml:mo>&#8289;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">{</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">}</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right; padding-right: 0"><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left" style="text-align: left; padding-left: 0"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi><mml:mo>&#8289;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">{</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">}</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></alternatives></disp-formula>
      for <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[u,v\in I]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>.</italic></p>
    </p>
    <p>These correspond, respectively, to independence, perfect negative
    monotone dependence, and perfect positive monotone dependence
    (Nelsen, 1999). As in the inequalities for general bivariate
    distributions (Section 4.5 of Casella &amp; Berger (2002)), one can
    show that for any copula <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[C]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>,
    <disp-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[W(u,v)\le C(u,v)\le M(u,v),\qquad u,v\in I.]]></tex-math>
    <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
    <bold>Proof:</bold> Let <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[C]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
    be a copula on <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[I^2]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></alternatives></inline-formula>,
    and fix <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[u,v\in I]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>.
    Since <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[C]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
    is a bivariate distribution function, it is nondecreasing in each
    coordinate. If <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[u\le v]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
    then by monotonicity in the second coordinate and the boundary
    condition <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[C(u,1)=u]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
    <disp-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[C(u,v)\le C(u,1)=u=\min\{u,v\}.]]></tex-math>
    <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi><mml:mo>&#8289;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">{</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">}</mml:mo><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
    If <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[v\le u]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
    then by monotonicity in the first coordinate and
    <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[C(1,v)=v]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
    <disp-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[C(u,v)\le C(1,v)=v=\min\{u,v\}.]]></tex-math>
    <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi><mml:mo>&#8289;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">{</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">}</mml:mo><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
    Thus <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[C(u,v)\le M(u,v)=\min\{u,v\}]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi><mml:mo>&#8289;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">{</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>.
    For the lower bound, use the 2-increasing property with
    <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[u_1=u]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
    <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[u_2=1]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
    <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[v_1=v]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
    and <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[v_2=1]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
    to obtain <disp-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[C(1,1)-C(1,v)-C(u,1)+C(u,v)\ge 0.]]></tex-math>
    <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
    Using the boundary conditions <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[C(1,1)=1]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
    <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[C(1,v)=v]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
    and <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[C(u,1)=u]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
    this becomes <disp-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[1-v-u+C(u,v)\ge 0,]]></tex-math>
    <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
    or <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[C(u,v)\ge u+v-1]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>.
    Because any copula is a cdf, <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[C(u,v)\ge 0]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
    so <disp-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[C(u,v)\ge\max\{u+v-1,0\}=W(u,v).]]></tex-math>
    <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi><mml:mo>&#8289;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">{</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">}</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
    Combining the two inequalities yields <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[W(u,v)\le C(u,v)\le M(u,v)]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
    for all <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[u,v\in I]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>.
    <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[\square]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>▫</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula></p>
    <p>The copula <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[\Pi]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi mathvariant="normal">Π</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
    corresponds to the case of independent random variables (see
    Definition 1.3.3 of Casella &amp; Berger (2002));
    <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[M]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>M</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
    and <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[W]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>W</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
    correspond to the Fréchet bounds in the general dependence ordering
    (Nelsen, 1999).</p>
  </sec>
  <sec id="subsecU003A4.8.2">
    <title><named-content content-type="header-section-number">4.10.2</named-content>
    Sklar’s Theorem</title>
    <p>The central result connecting copulas with joint distributions is
    due to Sklar (1959) . It shows how any joint cdf
    <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[F_{X,Y}]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
    studied in Sections 4.1 and 4.5 of Casella &amp; Berger (2002) can
    be decomposed into its marginals (Sections 4.1 and 4.2) and a
    copula.</p>
    <p id="thmU003A4.8.2">
      <p><bold>Theorem 4.10.3</bold> (Sklar’s Theorem). <italic>Let
      <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[F_{X,Y}]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
      be the joint cdf of a pair of random variables
      <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[(X,Y)]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
      with marginal cdfs <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[F_X]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
      and <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[F_Y]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>.</italic></p>
      <def-list>
        <def-item>
          <term>(a)</term>
          <def>
            <p><italic>There exists a copula
            <inline-formula><alternatives>
            <tex-math><![CDATA[C]]></tex-math>
            <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
            such that <disp-formula><alternatives>
            <tex-math><![CDATA[F_{X,Y}(x,y)=C\bigl(F_X(x),F_Y(y)\bigr),\qquad x,y\in\mathbb{R}.]]></tex-math>
            <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">ℝ</mml:mi><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula></italic></p>
          </def>
        </def-item>
        <def-item>
          <term>(b)</term>
          <def>
            <p><italic>If <inline-formula><alternatives>
            <tex-math><![CDATA[F_X]]></tex-math>
            <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
            and <inline-formula><alternatives>
            <tex-math><![CDATA[F_Y]]></tex-math>
            <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
            are continuous, then <inline-formula><alternatives>
            <tex-math><![CDATA[C]]></tex-math>
            <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
            is unique.</italic></p>
          </def>
        </def-item>
      </def-list>
      <p><italic>Conversely, if <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[C]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
      is any copula and <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[F_X,F_Y]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
      are univariate cdfs, then <disp-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[F(x,y)=C\bigl(F_X(x),F_Y(y)\bigr)]]></tex-math>
      <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
      is a bivariate cdf with marginals <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[F_X]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
      and <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[F_Y]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>.</italic></p>
    </p>
    <p><bold>Proof of the continuous margin case:</bold> For
    <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[x,y\in\mathbb{R}]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">ℝ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
    define <disp-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[u=F_X(x),\qquad v=F_Y(y),]]></tex-math>
    <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
    and let <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[H(x,y)=F_{X,Y}(x,y)]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
    denote the joint cdf of <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[(X,Y)]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>.
    For part (a), we must construct a function
    <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[C]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
    on <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[[0,1]^2]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="postfix">]</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
    such that <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[H(x,y)=C(F_X(x),F_Y(y))]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>.</p>
    <p>First suppose that <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[F_X]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
    and <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[F_Y]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
    are continuous and strictly increasing. Then each cdf has a
    (generalized) inverse <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[F_X^{-1}]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></alternatives></inline-formula>
    and <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[F_Y^{-1}]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></alternatives></inline-formula>,
    and for any <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[u,v\in(0,1)]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
    we may define <disp-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[C(u,v)=H\bigl(F_X^{-1}(u),F_Y^{-1}(v)\bigr).]]></tex-math>
    <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
    If <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[u=F_X(x)]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
    and <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[v=F_Y(y)]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
    then <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[F_X^{-1}(u)=x]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
    and <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[F_Y^{-1}(v)=y]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
    so <disp-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[C\bigl(F_X(x),F_Y(y)\bigr)
    =H(x,y)
    =F_{X,Y}(x,y),]]></tex-math>
    <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
    which gives the desired representation. It is routine to check from
    the properties of <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[H]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>H</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
    and the marginals that <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[C]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
    satisfies the copula axioms and has uniform margins on
    <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[(0,1)]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>.</p>
    <p>For part (b), now suppose that <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[F_X]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
    and <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[F_Y]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
    are continuous. If <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[C_1]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
    and <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[C_2]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
    are copulas such that <disp-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[H(x,y)
    =C_1\bigl(F_X(x),F_Y(y)\bigr)
    =C_2\bigl(F_X(x),F_Y(y)\bigr)]]></tex-math>
    <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
    for all <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[x,y]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
    then for any <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[u,v\in(0,1)]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
    we can write <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[u=F_X(x)]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
    and <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[v=F_Y(y)]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
    for some <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[x,y]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
    and hence <disp-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[C_1(u,v)=C_2(u,v).]]></tex-math>
    <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
    Thus <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[C_1=C_2]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
    on <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[(0,1)^2]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
    so the copula is unique when the marginals are continuous.</p>
    <p>For the converse, let <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[C]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
    be any copula and let <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[F_X]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
    and <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[F_Y]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
    be univariate cdfs. Define <disp-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[F(x,y)=C\bigl(F_X(x),F_Y(y)\bigr).]]></tex-math>
    <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
    Since <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[C]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
    is a bivariate cdf on <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[[0,1]^2]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="postfix">]</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
    and <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[F_X,F_Y]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
    are cdfs on <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[\mathbb{R}]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi mathvariant="double-struck">ℝ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>,
    the composition <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[F]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>F</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
    is nondecreasing in each argument, right continuous, and has the
    correct limits at <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[\pm\infty]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>±</mml:mi><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
    so <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[F]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>F</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
    is a bivariate cdf. Moreover, <disp-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[\lim_{y\to\infty}F(x,y)
    =\lim_{y\to\infty}C\bigl(F_X(x),F_Y(y)\bigr)
    =C\bigl(F_X(x),1\bigr)
    =F_X(x),]]></tex-math>
    <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:munder><mml:mi mathvariant="normal">lim</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mi mathvariant="normal">lim</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
    and similarly <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[\lim_{x\to\infty}F(x,y)=F_Y(y)]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">lim</mml:mi><mml:mo>&#8289;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
    so the marginals of <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[F]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>F</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
    are <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[F_X]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
    and <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[F_Y]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>.
    This completes the proof. <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[\square]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>▫</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula></p>
    <p>If the marginal cdfs are continuous but not strictly increasing,
    the same formula, interpreted with generalized inverses, yields the
    copula uniquely on the relevant range and extends uniquely by
    continuity to <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[[0,1]^2]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="postfix">]</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>.
    If one or both marginal cdfs are discontinuous, Sklar’s
    representation in part (a) remains valid, but constructing a copula
    on the whole unit square requires an additional extension argument.
    In that case the copula is uniquely determined only on
    <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[\operatorname{Ran}(F_X)\times\operatorname{Ran}(F_Y),]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ran</mml:mi><mml:mo>&#8289;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ran</mml:mi><mml:mo>&#8289;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
    see, for example, (Nelsen, 1999). For the continuous models
    considered below, the preceding construction gives the required
    copula directly and uniquely.</p>
    <p id="exU003A4.8.1">
      <p><bold>Example 4.10.4</bold> (Exponential margins with
      dependence). <italic>Let <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[X]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>X</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
      and <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[Y]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>Y</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
      be nonnegative random variables with exponential marginals
      <disp-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[F_X(x)=1-e^{-\lambda x},\quad F_Y(y)=1-e^{-\mu y},\qquad x,y\ge 0,]]></tex-math>
      <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1.0em"></mml:mspace><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
      and suppose their joint cdf is <disp-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[F_{X,Y}(x,y)=C\bigl(F_X(x),F_Y(y)\bigr),]]></tex-math>
      <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
      for some copula <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[C]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>.</italic></p>
      <def-list>
        <def-item>
          <term>(a)</term>
          <def>
            <p><italic>If <inline-formula><alternatives>
            <tex-math><![CDATA[C(u,v)=uv]]></tex-math>
            <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
            (the product copula), then <inline-formula><alternatives>
            <tex-math><![CDATA[F_{X,Y}(x,y)=F_X(x)F_Y(y)]]></tex-math>
            <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
            for all <inline-formula><alternatives>
            <tex-math><![CDATA[x,y\ge 0]]></tex-math>
            <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
            and <inline-formula><alternatives>
            <tex-math><![CDATA[X]]></tex-math>
            <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>X</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
            and <inline-formula><alternatives>
            <tex-math><![CDATA[Y]]></tex-math>
            <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>Y</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
            are independent (Section 1.3).</italic></p>
          </def>
        </def-item>
        <def-item>
          <term>(b)</term>
          <def>
            <p><italic>If instead we take, for some
            <inline-formula><alternatives>
            <tex-math><![CDATA[\theta>0]]></tex-math>
            <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
            the so-called Clayton copula <disp-formula><alternatives>
            <tex-math><![CDATA[C_\theta(u,v)=\bigl(u^{-\theta}+v^{-\theta}-1\bigr)^{-1/\theta},]]></tex-math>
            <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>/</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
            we obtain a model with the same exponential marginals but
            positive lower tail dependence
            (Section <xref alt="4.10.4" rid="subsecU003A4.8.4">4.10.4</xref>).
            In this case, small simultaneous values of
            <inline-formula><alternatives>
            <tex-math><![CDATA[X]]></tex-math>
            <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>X</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
            and <inline-formula><alternatives>
            <tex-math><![CDATA[Y]]></tex-math>
            <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>Y</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
            are more likely than under independence, even though the
            marginal distributions are unchanged.</italic></p>
          </def>
        </def-item>
      </def-list>
      <p><italic>This example shows how the copula isolates the
      dependence structure from the choice of marginal
      distributions.</italic></p>
    </p>
    <p>Thus any bivariate distribution with continuous marginals can be
    decomposed into its margins and a copula that encodes the dependence
    structure (Nelsen, 1999). Conversely, by choosing any margins (for
    example, from the families in Chapter 3 of Casella &amp; Berger
    (2002)) and any copula, we obtain a valid bivariate
    distribution.</p>
  </sec>
  <sec id="subsecU003A4.8.3">
    <title><named-content content-type="header-section-number">4.10.3</named-content>
    Probability Integral Transform and Invariance</title>
    <p>Sklar’s theorem is closely tied to the probability integral
    transform, which appeared implicitly in Section 2.1 of Casella &amp;
    Berger (2002) when we discussed distributions of functions of a
    random variable (see, e.g., Nelsen, 1999).</p>
    <p>If <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[X]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>X</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
    has continuous cdf <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[F_X]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>,
    then <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[U=F_X(X)]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
    is Uniform<inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[(0,1)]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>;
    similarly, if <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[Y]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>Y</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
    has cdf <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[F_Y]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>,
    then <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[V=F_Y(Y)]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
    is Uniform<inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[(0,1)]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>.
    (Compare this with the construction of random variables from
    uniforms in Section 5.5 of Casella &amp; Berger (2002)) If
    <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[(X,Y)]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
    has copula <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[C]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>,
    then <disp-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[P(U\le u,V\le v)=C(u,v),\qquad 0<u,v<1 .]]></tex-math>
    <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
    Hence copulas are exactly the joint distributions of the transformed
    pair <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[(U,V)=(F_X(X),F_Y(Y))]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>.
    This is a specific instance of the general transformation ideas in
    Chapter 2 of Casella &amp; Berger (2002).</p>
    <p>Copulas are invariant under strictly increasing transformations
    of the margins. This invariance is analogous to the invariance
    principles discussed later in Chapter 6 of Casella &amp; Berger
    (2002), but here at the level of probability models rather than
    estimators.</p>
    <p id="thmU003A4.8.5">
      <p><bold>Theorem 4.10.5</bold> (Invariance). <italic>Let
      <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[(X,Y)]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
      be continuous with copula <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[C]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>.
      Let <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[g]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>g</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
      and <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[h]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
      be strictly increasing functions, and define
      <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[Z=g(X)]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
      <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[T=h(Y)]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>.
      Then <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[(Z,T)]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
      has the same copula <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[C]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
      (Nelsen, 1999).</italic></p>
    </p>
    <p><bold>Proof:</bold> Let <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[F_X]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
    and <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[F_Y]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
    be the marginal cdfs of <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[X]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>X</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
    and <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[Y]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>Y</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>,
    and let <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[F_{X,Y}]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
    be their joint cdf. Since <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[(X,Y)]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
    has copula <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[C]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>,
    Sklar’s Theorem
    (Theorem <xref alt="4.10.3" rid="thmU003A4.8.2">4.10.3</xref>)
    implies <disp-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[F_{X,Y}(x,y)=C\bigl(F_X(x),F_Y(y)\bigr),\qquad x,y\in\mathbb{R}.]]></tex-math>
    <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">ℝ</mml:mi><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
    Because <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[g]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>g</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
    and <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[h]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
    are strictly increasing, the events <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[\{g(X)\le z\}]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">{</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
    and <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[\{h(Y)\le t\}]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">{</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
    are equivalent to <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[\{X\le g^{-1}(z)\}]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">{</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false" form="postfix">}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
    and <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[\{Y\le h^{-1}(t)\}]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">{</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false" form="postfix">}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
    respectively. Thus, for <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[z,t\in\mathbb{R}]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">ℝ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
    <disp-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[P(Z\le z,T\le t)
    =P\bigl(X\le g^{-1}(z),\,Y\le h^{-1}(t)\bigr)
    =F_{X,Y}\bigl(g^{-1}(z),h^{-1}(t)\bigr).]]></tex-math>
    <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.167em"></mml:mspace><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
    Let <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[F_Z]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Z</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
    and <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[F_T]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
    be the marginal cdfs of <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[Z]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>Z</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
    and <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[T]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>T</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>.
    Since <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[g]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>g</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
    and <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[h]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
    are strictly increasing, <disp-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[F_Z(z)=P(Z\le z)=P\bigl(X\le g^{-1}(z)\bigr)=F_X\bigl(g^{-1}(z)\bigr),]]></tex-math>
    <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
    <disp-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[F_T(t)=P(T\le t)=P\bigl(Y\le h^{-1}(t)\bigr)=F_Y\bigl(h^{-1}(t)\bigr).]]></tex-math>
    <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
    Hence, for <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[z,t\in\mathbb{R}]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">ℝ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
    <disp-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[\begin{eqnarray*}
    F_{Z,T}(z,t)
    &=& P(Z\le z,T\le t)
    =F_{X,Y}\bigl(g^{-1}(z),h^{-1}(t)\bigr)
    \\ &=& C\Bigl(F_X\bigl(g^{-1}(z)\bigr),F_Y\bigl(h^{-1}(t)\bigr)\Bigr)
    =C\bigl(F_Z(z),F_T(t)\bigr).
    \end{eqnarray*}]]></tex-math>
    <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd columnalign="center" style="text-align: center"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left" style="text-align: left"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"></mml:mtd><mml:mtd columnalign="center" style="text-align: center"><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left" style="text-align: left"><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo minsize="180%" maxsize="180%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo minsize="180%" maxsize="180%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mi>.</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></alternatives></disp-formula>
    This is exactly the Sklar representation of
    <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[(Z,T)]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
    with copula <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[C]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>,
    so <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[(Z,T)]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
    has the same copula as <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[(X,Y)]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>.
    <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[\square]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>▫</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula></p>
    <p id="exU003A4.8.2">
      <p><bold>Example 4.10.6</bold> (Ranks and the empirical copula).
      <italic>Suppose <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[(X_i,Y_i)]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
      <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[i=1,\dots,n]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>…</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
      is a random sample from a continuous bivariate distribution with
      copula <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[C]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>.
      Let <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[R_i]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
      be the rank of <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[X_i]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
      among <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[X_1,\dots,X_n]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>…</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
      and let <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[S_i]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
      be the rank of <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[Y_i]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
      among <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[Y_1,\dots,Y_n]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>…</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>.
      Define the pseudo-observations <disp-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[U_i=\frac{R_i}{n+1},\qquad V_i=\frac{S_i}{n+1},\qquad i=1,\dots,n.]]></tex-math>
      <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>…</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
      Each <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[(U_i,V_i)]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
      lies in <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[(0,1)^2]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
      and these points can be viewed as a sample from an approximation
      to <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[(U,V)=(F_X(X),F_Y(Y))]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
      whose joint distribution is the copula
      <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[C]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>.
      The empirical copula is then <disp-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[C_n(u,v)
      =\frac{1}{n}\sum_{i=1}^n
      \mathbf{1}\{U_i\le u,\,V_i\le v\},\qquad 0\le u,v\le 1.]]></tex-math>
      <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover><mml:mn mathvariant="bold">𝟏</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="prefix">{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.167em"></mml:mspace><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">}</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
      As <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[n]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>n</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
      increases, <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[C_n(u,v)]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
      converges to <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[C(u,v)]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
      for each fixed <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[(u,v)]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
      in a manner analogous to the convergence of the empirical cdf to
      the true cdf later in Section 5.4. Thus, the dependence structure
      can be studied using only the ranks, without specifying the
      marginal distributions.</italic></p>
    </p>
    <p>Thus the copula depends only on the rank structure of the data
    and not on the particular marginal scales. This is the basis for
    rank-based inference for copula models (see Section 7.2 of Casella
    &amp; Berger (2002), where rank-based procedures are used for
    correlation and nonparametric measures of association).</p>
    <p>If <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[g]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>g</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
    or <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[h]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
    is decreasing, the copula transforms in a simple way (for example,
    via reflections), but the dependence structure remains fully
    described at the copula level (Nelsen, 1999).</p>
  </sec>
  <sec id="subsecU003A4.8.4">
    <title><named-content content-type="header-section-number">4.10.4</named-content>
    Dependence Concepts and Measures</title>
    <p>Copulas formalize several notions of dependence and yield
    measures that are invariant under monotone transformations (Joe,
    1997; Nelsen, 1999). Earlier in the book, dependence was described
    in terms of independence (Section 1.3 of Casella &amp; Berger
    (2002)), covariance, and correlation (Section 2.2 of Casella &amp;
    Berger (2002)). These classical measures depend on second moments
    and are not invariant under nonlinear transformations. Copula-based
    measures remedy this.</p>
    <p><bold>Definition 4.10.7</bold>. <italic>Random variables
    <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[X]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>X</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
    and <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[Y]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>Y</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
    are said to be <bold>positively quadrant dependent (PQD)</bold> if
    <disp-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[P(X\le x,Y\le y)\ge P(X\le x)P(Y\le y)]]></tex-math>
    <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
    for all <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[x,y]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>.
    Equivalently, in terms of the copula <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[C]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>,
    <disp-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[C(u,v)\ge uv,\qquad 0<u,v<1.]]></tex-math>
    <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula></italic></p>
    <p>Negative quadrant dependence (NQD) is defined by reversing the
    inequality. Because PQD can be expressed entirely in terms of the
    copula, it is invariant under strictly increasing transformations of
    the margins, in contrast with Pearson correlation (see the
    discussion at the end of Section 2.2 of Casella &amp; Berger
    (2002)).</p>
    <p><bold>Definition 4.10.8</bold>. <italic><bold>Kendall’s
    <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[\tau]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>τ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula></bold>
    is a widely used measure of concordance that depends only on the
    copula. For a continuous bivariate distribution with copula
    <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[C]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>,
    <disp-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[\tau
    =4\int_0^1\!\!\int_0^1 C(u,v)\,dC(u,v)-1.]]></tex-math>
    <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup><mml:mspace width="-0.167em"></mml:mspace><mml:mspace width="-0.167em"></mml:mspace><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mspace width="0.167em"></mml:mspace><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
    <disp-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[\text{Equivalently,}\qquad
    \tau
    =P\bigl((X_1-X_2)(Y_1-Y_2)>0\bigr)
    -P\bigl((X_1-X_2)(Y_1-Y_2)<0\bigr),]]></tex-math>
    <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="normal">Equivalently,</mml:mtext><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
    where <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[(X_1,Y_1)]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
    and <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[(X_2,Y_2)]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
    are independent copies.</italic></p>
    <p>Kendall’s <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[\tau]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>τ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
    satisfies:</p>
    <list list-type="bullet">
      <list-item>
        <p><inline-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[-1\le\tau\le 1]]></tex-math>
        <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
        with <inline-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\tau=1]]></tex-math>
        <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
        (resp. <inline-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[-1]]></tex-math>
        <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>)
        if and only if <inline-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[C=M]]></tex-math>
        <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
        (resp. <inline-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[C=W]]></tex-math>
        <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>),
        that is, perfect increasing (resp. decreasing) functional
        dependence.</p>
      </list-item>
      <list-item>
        <p><inline-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\tau=0]]></tex-math>
        <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
        if <inline-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[X]]></tex-math>
        <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>X</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
        and <inline-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[Y]]></tex-math>
        <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>Y</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
        are independent (i.e., <inline-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[C=\Pi]]></tex-math>
        <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Π</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>);
        compare this with <inline-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\text{Corr}(X,Y)=0]]></tex-math>
        <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="normal">Corr</mml:mtext><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
        in Section 2.2 of Casella &amp; Berger (2002).</p>
      </list-item>
      <list-item>
        <p><inline-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\tau]]></tex-math>
        <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>τ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
        is invariant under strictly monotone transformations of
        <inline-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[X]]></tex-math>
        <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>X</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
        and/or <inline-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[Y]]></tex-math>
        <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>Y</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>.</p>
      </list-item>
    </list>
    <p>In practice, <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[\tau]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>τ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
    is estimated by the sample proportion of concordant minus discordant
    pairs, based only on the ranks (see also rank-based methods in
    Chapter 7 of Casella &amp; Berger (2002)), cf. (Nelsen, 1999).</p>
    <p><bold>Definition 4.10.9</bold>. <italic><bold>Spearman’s
    <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[\rho]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula></bold>
    is the ordinary correlation of the rank variables and can also be
    expressed in terms of the copula. Let <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[U=F_X(X)]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
    <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[V=F_Y(Y)]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>;
    then <disp-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[\rho_S=\text{Corr}(U,V)
    =12\int_0^1\!\!\int_0^1\bigl(C(u,v)-uv\bigr)\,du\,dv. %\citep{Nelsen1999}.]]></tex-math>
    <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext mathvariant="normal">Corr</mml:mtext><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup><mml:mspace width="-0.167em"></mml:mspace><mml:mspace width="-0.167em"></mml:mspace><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mspace width="0.167em"></mml:mspace><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mspace width="0.167em"></mml:mspace><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula></italic></p>
    <p id="exU003A4.8.8">
      <p><bold>Example 4.10.10</bold> (Pearson correlation versus
      Spearman’s <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[\rho]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>).
      <italic>Let <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[X]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>X</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
      be standard normal, and define <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[Y=X^3]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>X</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>.
      Then <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[Y]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>Y</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
      is a strictly increasing function of
      <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[X]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>X</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>,
      so the copula of <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[(X,Y)]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
      is the upper Fréchet bound <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[M(u,v)=\min\{u,v\}]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi><mml:mo>&#8289;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">{</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>.
      In particular, both Kendall’s <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[\tau]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>τ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
      and Spearman’s <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[\rho]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
      are equal to <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[1]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></alternatives></inline-formula>
      for this pair.</italic></p>
      <p><italic>However, Pearson’s correlation coefficient between
      <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[X]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>X</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
      and <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[Y]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>Y</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
      is strictly less than <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[1]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></alternatives></inline-formula>,
      because the relationship between <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[X]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>X</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
      and <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[Y]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>Y</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
      is nonlinear. This illustrates how copula-based measures such as
      <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[\tau]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>τ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
      and <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[\rho_S]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
      capture monotone dependence, while Pearson correlation measures
      only linear association (Section 2.2 of Casella &amp; Berger
      (2002)).</italic></p>
    </p>
    <p>Spearman’s <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[\rho]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
    shares properties analogous to Kendall’s
    <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[\tau]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>τ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>:
    it is bounded between <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[-1]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
    and <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[1]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></alternatives></inline-formula>,
    equals <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[\pm 1]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>±</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
    for <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[C=M]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
    or <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[C=W]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
    is <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[0]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></alternatives></inline-formula>
    under independence, and is invariant under strictly increasing
    transformations of the margins (Nelsen, 1999). Unlike Pearson
    correlation <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[\rho]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
    (Section 2.2 of Casella &amp; Berger (2002)),
    <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[\rho_S]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
    is defined without second-moment assumptions.</p>
    <p>These measures are especially useful for parametric copula
    families, where <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[\tau]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>τ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
    or <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[\rho_S]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
    can be expressed as simple functions of the dependence parameter and
    inverted to give rank-based estimators (cf. the method of moments in
    Section 7.2 of Casella &amp; Berger (2002)).</p>
    <p><bold>Definition 4.10.11</bold>. <italic>Copulas also describe
    extremal dependence well. The <bold>lower tail dependence
    coefficient</bold> is <disp-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[\lambda_L
    =\lim_{u\downarrow 0} P\bigl(Y\le F_Y^{-1}(u)\mid X\le F_X^{-1}(u)\bigr)
    =\lim_{u\downarrow 0} \frac{C(u,u)}{u},]]></tex-math>
    <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>L</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mi mathvariant="normal">lim</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>↓</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:munder><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>∣</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mi mathvariant="normal">lim</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>↓</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:munder><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
    when the limit exists. The <bold>upper tail dependence
    coefficient</bold> is <disp-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[\lambda_U
    =\lim_{u\uparrow 1} \frac{1-2u+C(u,u)}{1-u}.]]></tex-math>
    <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mi mathvariant="normal">lim</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>↑</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula></italic></p>
    <p>These quantities depend only on the copula and measure the
    strength of dependence in the joint lower and upper tails,
    respectively. For example, the Gaussian copula (see next example)
    with correlation <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[|\rho|<1]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">|</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">|</mml:mo><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
    has <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[\lambda_L=\lambda_U=0]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>L</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
    so extreme events are asymptotically independent even when the
    linear correlation is high (Joe, 1997).</p>
    <p id="exU003A4.8.9">
      <p><bold>Example 4.10.12</bold> (Gaussian and Gumbel tail
      behavior). <italic>Consider two dependence models with standard
      normal marginals:</italic></p>
      <def-list>
        <def-item>
          <term>(a)</term>
          <def>
            <p><italic>A bivariate normal model with correlation
            <inline-formula><alternatives>
            <tex-math><![CDATA[\rho]]></tex-math>
            <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>,
            whose copula is the Gaussian copula
            <inline-formula><alternatives>
            <tex-math><![CDATA[C_\rho]]></tex-math>
            <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>,
            <disp-formula><alternatives>
            <tex-math><![CDATA[C_\rho(u,v)
            =\Phi_2\bigl(\Phi^{-1}(u),\Phi^{-1}(v);\rho\bigr),]]></tex-math>
            <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
            where <inline-formula><alternatives>
            <tex-math><![CDATA[\Phi_2\bigl(\cdot,\cdot;\rho\bigr)]]></tex-math>
            <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>⋅</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>⋅</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
            denotes the bivariate normal cdf with zero means, unit
            variances, and correlation coefficient
            <inline-formula><alternatives>
            <tex-math><![CDATA[\rho \in (-1,1)]]></tex-math>
            <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
            as in Example 3.3.5 of Casella &amp; Berger
            (2002).</italic></p>
          </def>
        </def-item>
        <def-item>
          <term>(b)</term>
          <def>
            <p><italic>A Gumbel copula <inline-formula><alternatives>
            <tex-math><![CDATA[C_\theta]]></tex-math>
            <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
            with parameter <inline-formula><alternatives>
            <tex-math><![CDATA[\theta\ge 1]]></tex-math>
            <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
            <disp-formula><alternatives>
            <tex-math><![CDATA[C_\theta(u,v)
            =\exp\left(
            -\bigl((-\log u)^\theta+(-\log v)^\theta\bigr)^{1/\theta}
            \right),]]></tex-math>
            <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">exp</mml:mi><mml:mo>&#8289;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>−</mml:mi><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>−</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">log</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>−</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">log</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi></mml:msup><mml:msup><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>/</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
            combined with standard normal marginals via Sklar’s
            Theorem.</italic></p>
          </def>
        </def-item>
      </def-list>
      <p><italic>In both cases, Kendall’s <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[\tau]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>τ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
      and Spearman’s <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[\rho]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
      can be chosen to be similar by an appropriate choice of
      <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[\theta]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>θ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>,
      so the overall strength of dependence is comparable. However, the
      Gaussian copula has <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[\lambda_L=\lambda_U=0]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>L</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
      so the probability of very large simultaneous exceedances decays
      as if the tails were asymptotically independent. In contrast, the
      Gumbel copula has <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[\lambda_U=2-2^{1/\theta}>0]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>/</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
      (and <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[\lambda_L=0]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>L</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>),
      making simultaneous large positive extremes substantially more
      likely.</italic></p>
      <p><italic>Concretely, as for the Gaussian copula Kendall’s
      <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[\tau]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>τ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
      is <disp-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[\tau_{\text{Gauss}}(\rho)
      = \frac{2}{\pi}\arcsin(\rho),]]></tex-math>
      <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mtext mathvariant="normal">Gauss</mml:mtext></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">arcsin</mml:mi><mml:mo>&#8289;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
      setting <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[\rho=0.8]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.8</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
      yields <disp-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[\tau_{\text{Gauss}}(0.8)
      = \frac{2}{\pi}\cdot 0.9273
      \approx \frac{1.8546}{3.1416}
      \approx 0.59.]]></tex-math>
      <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mtext mathvariant="normal">Gauss</mml:mtext></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>0.8</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mn>0.9273</mml:mn><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1.8546</mml:mn><mml:mn>3.1416</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mn>0.59</mml:mn><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
      For the Gumbel copula Kendall’s <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[\tau]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>τ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
      is <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[\tau_{\text{Gumbel}}(\theta)
      = 1 - \frac{1}{\theta}.]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mtext mathvariant="normal">Gumbel</mml:mtext></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mfrac><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
      So we set <disp-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[\tau_{\text{Gumbel}}(\theta)
      =\tau_{\text{Gauss}}(0.8)=1 - \frac{1}{\theta}
      \approx 0.59.]]></tex-math>
      <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mtext mathvariant="normal">Gumbel</mml:mtext></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mtext mathvariant="normal">Gauss</mml:mtext></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>0.8</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mn>0.59</mml:mn><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
      Solving for <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[\theta]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>θ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>,
      <disp-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[\frac{1}{\theta}\approx 1-0.59=0.41,
      \qquad
      \theta\approx \frac{1}{0.41}\approx 2.44,]]></tex-math>
      <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>0.59</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.41</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>0.41</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mn>2.44</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
      and corresponding <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[\lambda_U=0.67]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.67</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>.</italic></p>
    </p>
    <p>This example underscores how copulas allow us to tune not only
    the overall dependence but also the extremal (tail) dependence.</p>
  </sec>
  <sec id="subsecU003A4.8.5">
    <title><named-content content-type="header-section-number">4.10.5</named-content>
    Visualization of Copulas</title>
    <p>Copulas may be visualized most naturally through their behavior
    on the unit square. One approach is to plot the copula cdf
    <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[C(u,v)]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
    as a surface over <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[(u,v)\in[0,1]^2]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mo stretchy="false" form="prefix">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="postfix">]</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>;
    for example, the independence copula appears as the smooth surface
    <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[uv]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
    while strong positive dependence pulls the surface upward toward the
    upper Fréchet bound <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[M(u,v)=\min\{u,v\}]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi><mml:mo>&#8289;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">{</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>.
    For absolutely continuous copulas it is also useful to plot the
    so-called copula density <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[c(u,v)
    =\frac{\partial^2}{\partial u\,\partial v} C(u,v)]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mspace width="0.167em"></mml:mspace><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
    where regions of high density indicate values of
    <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[(U,V)]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
    that occur more frequently. In applied work, empirical copulas are
    often examined by scatterplots of the pseudo-observations
    <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[(U_i,V_i)]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
    or by contour plots and heatmaps on the unit square, which display
    the dependence structure independently of the marginal
    distributions.</p>
    <fig id="figU003A4.8.1">
      <caption><p>Scatterplots of pseudo-observations from the Clayton
      copula (<inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[\theta=2.88]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2.88</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>),
      Gaussian copula (<inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[\rho=0.8]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.8</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>),
      and Gumbel copula (<inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[\theta=2.44]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2.44</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>).</p></caption>
      <graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="copula-scatterplots.png" />
    </fig>
    <p>In Figure <xref alt="4.10.1" rid="figU003A4.8.1">4.10.1</xref> we
    plot three such scatterplots generated by the Mathematica code given
    in Example A.0.9 in the Appendix. These illustrate how different
    copulas, even with the same margins and similar Kendall’s
    <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[\tau]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>τ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>,
    can encode very different dependence structures, particularly in the
    tails (Joe, 1997; Nelsen, 1999).</p>
  </sec>
</sec>
<sec id="secU003A7.6">
  <title><named-content content-type="header-section-number">7.6</named-content>
  Inference for Copula Models</title>
  <p>Suppose that <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[(X_1,Y_1),\dots,(X_n,Y_n)]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>…</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
  is a random sample from a distribution with continuous marginals
  <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[F_X,F_Y]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
  and copula <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[C_\theta]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
  indexed by a parameter <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[\theta]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>θ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>.
  The likelihood for <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[(X,Y)]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
  decomposes into marginal and copula parts, paralleling the
  decomposition of models into components that underlies the likelihood
  principle in Chapter 6 of Casella &amp; Berger (2002), see, for
  example, Joe (1997).</p>
  <p>Because the copula is invariant under strictly increasing
  transformations of the margins, it is natural to base inference about
  <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[\theta]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>θ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
  on the ranks (or, equivalently, on empirical versions of
  <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[U_i=F_X(X_i)]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
  and <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[V_i=F_Y(Y_i)]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>).
  Let <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[R_i]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
  and <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[S_i]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
  be the ranks of <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[X_i]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
  and <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[Y_i]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
  among <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[X_1,\dots,X_n]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>…</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
  and <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[Y_1,\dots,Y_n]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>…</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
  respectively. The <bold>empirical copula</bold> is defined on
  <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[[0,1]^2]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="postfix">]</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
  by <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[C_n(u,v)
  =\frac{1}{n}
  \sum_{i=1}^n
  \mathbf{1}\Bigl(\frac{R_i}{n+1}\le u,\frac{S_i}{n+1}\le v\Bigr).]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover><mml:mn mathvariant="bold">𝟏</mml:mn><mml:mo minsize="180%" maxsize="180%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo minsize="180%" maxsize="180%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula></p>
  <p>This is a rank-based estimator of <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[C]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>;
  under mild conditions, <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[C_n(u,v)\to
  C(u,v)]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>→</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
  for each fixed <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[(u,v)]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
  (Genest &amp; Favre, 2007). The use of ranks parallels the rank-based
  procedures for nonparametric inference introduced in Chapter 8 of
  Casella &amp; Berger (2002).</p>
  <p>Although full maximum likelihood estimation is certainly possible,
  it could be numerically unstable. Several other rank-based estimation
  strategies are used in practice:</p>
  <list list-type="bullet">
    <list-item>
      <p><italic>Method of moments via Kendall’s tau or Spearman’s
      rho.</italic> If <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[\tau=\tau(\theta)]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
      (or <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[\rho_S=\rho_S(\theta)]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>)
      is known in closed form, one can estimate
      <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[\theta]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>θ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
      by solving <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[\tau(\hat\theta)=\hat\tau]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mover><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo accent="true">̂</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo accent="true">̂</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
      (or <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[\rho_S(\hat\theta)=\hat\rho_S]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mover><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo accent="true">̂</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo accent="true">̂</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>),
      where <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[\hat\tau]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mover><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo accent="true">̂</mml:mo></mml:mover></mml:math></alternatives></inline-formula>
      or <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[\hat\rho_S]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mover><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo accent="true">̂</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
      is computed from the sample ranks (Section 7.2 of Casella &amp;
      Berger (2002)), cf. (Genest &amp; Favre, 2007).</p>
    </list-item>
    <list-item>
      <p><italic>Maximum pseudolikelihood.</italic> If the copula has
      density <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[c_\theta(u,v)]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
      one may maximize <disp-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[\ell(\theta)
      =\sum_{i=1}^n
      \log c_\theta\Bigl(\frac{R_i}{n+1},\frac{S_i}{n+1}\Bigr)]]></tex-math>
      <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">log</mml:mi><mml:mo>&#8289;</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:msub><mml:mo minsize="180%" maxsize="180%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo minsize="180%" maxsize="180%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
      with respect to <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[\theta]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>θ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>.
      Under suitable conditions, the maximizer
      <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[\hat\theta]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mover><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo accent="true">̂</mml:mo></mml:mover></mml:math></alternatives></inline-formula>
      is consistent and asymptotically normal, and its large-sample
      behavior can be analyzed using the methods of Chapter 10 of
      Casella &amp; Berger (2002), cf. (Joe, 1997).</p>
    </list-item>
    <list-item>
      <p><italic>Two-step methods.</italic> One may first estimate
      marginal parameters by univariate methods (Chapter 7 of Casella
      &amp; Berger (2002)) and then estimate
      <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[\theta]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>θ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
      by maximizing a “copula likelihood” built from the transformed
      data, but this approach is sensitive to misspecification of the
      margins (Joe, 1997).</p>
    </list-item>
  </list>
  <p>Rank-based methods have the advantage of depending only on the
  copula and remaining valid under arbitrary strictly increasing
  marginal transformations, in line with the invariance considerations
  emphasized in Chapter 6 of Casella &amp; Berger (2002), cf. (Genest
  &amp; Favre, 2007).</p>
  <p id="exU003A4.8.5">
    <p><bold>Example 7.6.1</bold> (Estimating a Clayton copula
    parameter). <italic>Suppose <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[(X_i,Y_i)]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
    <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[i=1,\dots,n]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>…</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
    is a sample from a model with continuous marginals and Clayton
    copula <disp-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[C_\theta(u,v)
    =\bigl(u^{-\theta}+v^{-\theta}-1\bigr)^{-1/\theta},\qquad \theta>0.]]></tex-math>
    <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>/</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula></italic></p>
    <p><italic>For this family, Kendall’s tau is a simple function of
    <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[\theta]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>θ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>:
    <disp-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[\tau(\theta)=\frac{\theta}{\theta+2}.]]></tex-math>
    <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
    Let <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[\hat\tau]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mover><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo accent="true">̂</mml:mo></mml:mover></mml:math></alternatives></inline-formula>
    be the sample Kendall’s tau computed from the ranks of the data. A
    method-of-moments estimator of <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[\theta]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>θ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
    is obtained by solving <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[\tau(\hat\theta)=\hat\tau]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mover><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo accent="true">̂</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo accent="true">̂</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
    which gives <disp-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[\hat\theta=\frac{2\hat\tau}{1-\hat\tau}.]]></tex-math>
    <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo accent="true">̂</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mover><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo accent="true">̂</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mover><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo accent="true">̂</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula></italic></p>
    <p><italic>This estimator depends only on the copula (through the
    ranks) and not on the specific marginal distributions, in contrast
    with likelihood-based estimators that require a full specification
    of the marginals (Chapter 7 of Casella &amp; Berger
    (2002)).</italic></p>
  </p>
  <sec id="exercises-for-section-4.10">
    <title>Exercises for Section 4.10</title>
    <def-list>
      <def-item>
        <term>4.66</term>
        <def>
          <p>(Copulas and monotone transformations.) Let
          <inline-formula><alternatives>
          <tex-math><![CDATA[(X,Y)]]></tex-math>
          <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
          be continuous with copula <inline-formula><alternatives>
          <tex-math><![CDATA[C]]></tex-math>
          <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>,
          and let <inline-formula><alternatives>
          <tex-math><![CDATA[Z=g(X)]]></tex-math>
          <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
          <inline-formula><alternatives>
          <tex-math><![CDATA[T=h(Y)]]></tex-math>
          <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
          with <inline-formula><alternatives>
          <tex-math><![CDATA[g,h]]></tex-math>
          <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
          strictly increasing.</p>
          <p specific-use="wrapper">
            <def-list>
              <def-item>
                <term>(a)</term>
                <def>
                  <p>Using the change-of-variables ideas from
                  Section 2.1, express the cdf of
                  <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[(Z,T)]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
                  in terms of <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[F_{X,Y}]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>.</p>
                </def>
              </def-item>
              <def-item>
                <term>(b)</term>
                <def>
                  <p>Show that <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[(Z,T)]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
                  has the same copula <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[C]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>.</p>
                </def>
              </def-item>
              <def-item>
                <term>(c)</term>
                <def>
                  <p>Let <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[(X,Y)]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
                  be the bivariate normal pair of Example 4.5.3 of
                  Casella &amp; Berger (2002) with correlation
                  <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[\rho]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>.
                  Take <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[g(x)=e^x]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
                  and <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[h(y)=e^{3y}]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>.
                  Simulate a moderate sample from this model (see
                  Section 5.5 of Casella &amp; Berger (2002)) and
                  compare the scatter plots of
                  <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[(X,Y)]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
                  and <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[(Z,T)]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>.
                  Explain why the copula, and thus Kendall’s tau, is the
                  same in both cases.</p>
                </def>
              </def-item>
            </def-list>
          </p>
        </def>
      </def-item>
      <def-item>
        <term>4.67</term>
        <def>
          <p>(PQD and covariance sign.) Suppose
          <inline-formula><alternatives>
          <tex-math><![CDATA[(X,Y)]]></tex-math>
          <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
          is continuous and positively quadrant dependent:
          <disp-formula><alternatives>
          <tex-math><![CDATA[P(X\le x,Y\le y)\ge P(X\le x)P(Y\le y)\quad\text{for all }x,y.]]></tex-math>
          <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mspace width="1.0em"></mml:mspace><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="normal">for all </mml:mtext><mml:mspace width="0.333em"></mml:mspace></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula></p>
          <p specific-use="wrapper">
            <def-list>
              <def-item>
                <term>(a)</term>
                <def>
                  <p>Express this condition in terms of the copula
                  <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[C]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>.</p>
                </def>
              </def-item>
              <def-item>
                <term>(b)</term>
                <def>
                  <p>Show that if <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[X]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>X</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
                  and <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[Y]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>Y</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
                  have finite second moments, then
                  <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[\mathsf{Cov}(X,Y)\ge 0]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">𝖢</mml:mi><mml:mi mathvariant="sans-serif">𝗈</mml:mi><mml:mi mathvariant="sans-serif">𝗏</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
                  (hint: proceed as in the proof of Theorem 2.2.6 of
                  Casella &amp; Berger (2002), but use the PQD
                  condition).</p>
                </def>
              </def-item>
              <def-item>
                <term>(c)</term>
                <def>
                  <p>Consider the model of Example 4.5.2 of Casella
                  &amp; Berger (2002), where
                  <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[X]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>X</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
                  and <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[Y]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>Y</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
                  are independent exponentials with parameter
                  <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[\lambda]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>λ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
                  (hence <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[\mathsf{Cov}(X,Y)=0]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">𝖢</mml:mi><mml:mi mathvariant="sans-serif">𝗈</mml:mi><mml:mi mathvariant="sans-serif">𝗏</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>).
                  Modify this model by introducing a Clayton copula with
                  parameter <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[\theta>0]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
                  while keeping the same exponential marginals. Argue
                  that the resulting pair is PQD, and discuss how the
                  covariance changes.</p>
                </def>
              </def-item>
            </def-list>
          </p>
        </def>
      </def-item>
      <def-item>
        <term>4.68</term>
        <def>
          <p>(Gaussian copula and tail independence.) Let
          <inline-formula><alternatives>
          <tex-math><![CDATA[(Z_1,Z_2)]]></tex-math>
          <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
          be bivariate normal with correlation
          <inline-formula><alternatives>
          <tex-math><![CDATA[\rho]]></tex-math>
          <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
          (Section 3.3 of Casella &amp; Berger (2002)), and define
          <inline-formula><alternatives>
          <tex-math><![CDATA[U=\Phi(Z_1)]]></tex-math>
          <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
          <inline-formula><alternatives>
          <tex-math><![CDATA[V=\Phi(Z_2)]]></tex-math>
          <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>.</p>
          <p specific-use="wrapper">
            <def-list>
              <def-item>
                <term>(a)</term>
                <def>
                  <p>Argue that the copula of
                  <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[(U,V)]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
                  is the Gaussian copula <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[C_\rho]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>.</p>
                </def>
              </def-item>
              <def-item>
                <term>(b)</term>
                <def>
                  <p>Using the tail dependence formulas in
                  Section <xref alt="4.10.4" rid="subsecU003A4.8.4">4.10.4</xref>,
                  show heuristically that for
                  <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[|\rho|<1]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">|</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">|</mml:mo><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
                  <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[\lambda_L=\lambda_U=0]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>L</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>.</p>
                </def>
              </def-item>
              <def-item>
                <term>(c)</term>
                <def>
                  <p>Explain in words why this means that even strongly
                  correlated Gaussian models may understate the
                  probability of joint extreme events.</p>
                </def>
              </def-item>
            </def-list>
          </p>
        </def>
      </def-item>
    </def-list>
  </sec>
  <sec id="exercises-for-section-7.6">
    <title>Exercises for Section 7.6</title>
    <def-list>
      <def-item>
        <term>7.67</term>
        <def>
          <p>(Kendall’s <inline-formula><alternatives>
          <tex-math><![CDATA[\tau]]></tex-math>
          <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>τ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
          and Archimedean copulas.) An Archimedean copula has the form
          <disp-formula><alternatives>
          <tex-math><![CDATA[C(u,v)=\varphi^{-1}(\varphi(u)+\varphi(v)),]]></tex-math>
          <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>φ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>φ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>φ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
          where <inline-formula><alternatives>
          <tex-math><![CDATA[\varphi]]></tex-math>
          <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>φ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
          is a convex, decreasing generator.</p>
          <p specific-use="wrapper">
            <def-list>
              <def-item>
                <term>(a)</term>
                <def>
                  <p>For the Clayton copula with parameter
                  <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[\theta>0]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
                  verify that the generator is
                  <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[\varphi(t)=t^{-\theta}-1]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>φ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>.</p>
                </def>
              </def-item>
              <def-item>
                <term>(b)</term>
                <def>
                  <p>Using the following formula for Kendall’s
                  <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[\tau]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>τ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
                  in terms of the generator <disp-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[\tau = 1 + 4 \int_0^1 \frac{\varphi(t)}{\varphi'(t)}\,dt,]]></tex-math>
                  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>φ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>φ</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mspace width="0.167em"></mml:mspace><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
                  derive <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[\tau(\theta)]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
                  and base an estimator for
                  <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[\theta]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>θ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
                  on it.</p>
                </def>
              </def-item>
            </def-list>
          </p>
        </def>
      </def-item>
      <def-item>
        <term>7.68</term>
        <def>
          <p>(A complete copula analysis of rainfall and
          runoff)<styled-content id="exU003Acopula-workflow"></styled-content>
          The following display contains <inline-formula><alternatives>
          <tex-math><![CDATA[n=30]]></tex-math>
          <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>30</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
          invented paired observations of rainfall
          <inline-formula><alternatives>
          <tex-math><![CDATA[X]]></tex-math>
          <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>X</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>,
          measured in millimetres, and same-day runoff volume
          <inline-formula><alternatives>
          <tex-math><![CDATA[Y]]></tex-math>
          <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>Y</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>,
          measured in <inline-formula><alternatives>
          <tex-math><![CDATA[10^3\,\mathrm{m}^3]]></tex-math>
          <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mspace width="0.167em"></mml:mspace><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
          from substantial rainfall events in a small catchment. For the
          purposes of this exercise, regard the pairs as an i.i.d.
          sample from a continuous bivariate distribution. There are no
          ties.</p>
          <p specific-use="wrapper">
            <p><italic>Invented rainfall–runoff data for Exercise
            7.68.</italic>
            <styled-content id="tabU003Arainfall-runoff"></styled-content></p>
            <table-wrap>
              <table>
                <thead>
                  <tr>
                    <th align="right"><inline-formula><alternatives>
                    <tex-math><![CDATA[i]]></tex-math>
                    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>i</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula></th>
                    <th align="right"><inline-formula><alternatives>
                    <tex-math><![CDATA[x_i]]></tex-math>
                    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula></th>
                    <th align="right"><inline-formula><alternatives>
                    <tex-math><![CDATA[y_i]]></tex-math>
                    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula></th>
                    <th align="right"><inline-formula><alternatives>
                    <tex-math><![CDATA[i]]></tex-math>
                    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>i</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula></th>
                    <th align="right"><inline-formula><alternatives>
                    <tex-math><![CDATA[x_i]]></tex-math>
                    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula></th>
                    <th align="right"><inline-formula><alternatives>
                    <tex-math><![CDATA[y_i]]></tex-math>
                    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula></th>
                    <th align="right"><inline-formula><alternatives>
                    <tex-math><![CDATA[i]]></tex-math>
                    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>i</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula></th>
                    <th align="right"><inline-formula><alternatives>
                    <tex-math><![CDATA[x_i]]></tex-math>
                    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula></th>
                    <th align="right"><inline-formula><alternatives>
                    <tex-math><![CDATA[y_i]]></tex-math>
                    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula></th>
                    <th align="right"></th>
                    <th align="right"></th>
                    <th align="right"></th>
                  </tr>
                </thead>
                <tbody>
                  <tr>
                    <td align="right">1</td>
                    <td align="right">34.7</td>
                    <td align="right">64.1</td>
                    <td align="right">11</td>
                    <td align="right">114.2</td>
                    <td align="right">105.0</td>
                    <td align="right">21</td>
                    <td align="right">35.6</td>
                    <td align="right">58.1</td>
                    <td align="right"></td>
                    <td align="right"></td>
                    <td align="right"></td>
                  </tr>
                  <tr>
                    <td align="right">2</td>
                    <td align="right">26.8</td>
                    <td align="right">19.1</td>
                    <td align="right">12</td>
                    <td align="right">15.5</td>
                    <td align="right">17.5</td>
                    <td align="right">22</td>
                    <td align="right">50.8</td>
                    <td align="right">20.3</td>
                    <td align="right"></td>
                    <td align="right"></td>
                    <td align="right"></td>
                  </tr>
                  <tr>
                    <td align="right">3</td>
                    <td align="right">42.1</td>
                    <td align="right">71.1</td>
                    <td align="right">13</td>
                    <td align="right">14.5</td>
                    <td align="right">21.5</td>
                    <td align="right">23</td>
                    <td align="right">97.4</td>
                    <td align="right">87.7</td>
                    <td align="right"></td>
                    <td align="right"></td>
                    <td align="right"></td>
                  </tr>
                  <tr>
                    <td align="right">4</td>
                    <td align="right">12.9</td>
                    <td align="right">27.3</td>
                    <td align="right">14</td>
                    <td align="right">33.3</td>
                    <td align="right">42.0</td>
                    <td align="right">24</td>
                    <td align="right">57.2</td>
                    <td align="right">117.8</td>
                    <td align="right"></td>
                    <td align="right"></td>
                    <td align="right"></td>
                  </tr>
                  <tr>
                    <td align="right">5</td>
                    <td align="right">20.1</td>
                    <td align="right">24.8</td>
                    <td align="right">15</td>
                    <td align="right">21.1</td>
                    <td align="right">13.1</td>
                    <td align="right">25</td>
                    <td align="right">34.0</td>
                    <td align="right">17.2</td>
                    <td align="right"></td>
                    <td align="right"></td>
                    <td align="right"></td>
                  </tr>
                  <tr>
                    <td align="right">6</td>
                    <td align="right">73.5</td>
                    <td align="right">88.3</td>
                    <td align="right">16</td>
                    <td align="right">38.1</td>
                    <td align="right">45.6</td>
                    <td align="right">26</td>
                    <td align="right">16.9</td>
                    <td align="right">33.9</td>
                    <td align="right"></td>
                    <td align="right"></td>
                    <td align="right"></td>
                  </tr>
                  <tr>
                    <td align="right">7</td>
                    <td align="right">111.9</td>
                    <td align="right">119.3</td>
                    <td align="right">17</td>
                    <td align="right">20.3</td>
                    <td align="right">41.3</td>
                    <td align="right">27</td>
                    <td align="right">13.1</td>
                    <td align="right">11.5</td>
                    <td align="right"></td>
                    <td align="right"></td>
                    <td align="right"></td>
                  </tr>
                  <tr>
                    <td align="right">8</td>
                    <td align="right">15.7</td>
                    <td align="right">26.9</td>
                    <td align="right">18</td>
                    <td align="right">19.1</td>
                    <td align="right">22.8</td>
                    <td align="right">28</td>
                    <td align="right">27.6</td>
                    <td align="right">17.4</td>
                    <td align="right"></td>
                    <td align="right"></td>
                    <td align="right"></td>
                  </tr>
                  <tr>
                    <td align="right">9</td>
                    <td align="right">14.0</td>
                    <td align="right">10.6</td>
                    <td align="right">19</td>
                    <td align="right">45.6</td>
                    <td align="right">39.2</td>
                    <td align="right">29</td>
                    <td align="right">40.3</td>
                    <td align="right">110.0</td>
                    <td align="right"></td>
                    <td align="right"></td>
                    <td align="right"></td>
                  </tr>
                  <tr>
                    <td align="right">10</td>
                    <td align="right">37.9</td>
                    <td align="right">58.3</td>
                    <td align="right">20</td>
                    <td align="right">23.8</td>
                    <td align="right">22.9</td>
                    <td align="right">30</td>
                    <td align="right">33.6</td>
                    <td align="right">42.5</td>
                    <td align="right"></td>
                    <td align="right"></td>
                    <td align="right"></td>
                  </tr>
                </tbody>
              </table>
            </table-wrap>
          </p>
          <p specific-use="wrapper">
            <def-list>
              <def-item>
                <term>(a)</term>
                <def>
                  <p>Draw a scatterplot of
                  <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[(X_i,Y_i)]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>.
                  Describe the marginal distributions and the apparent
                  association. Explain why fitting a bivariate normal
                  distribution on the original measurement scale may be
                  questionable.</p>
                </def>
              </def-item>
              <def-item>
                <term>(b)</term>
                <def>
                  <p>Compute Pearson’s sample correlation
                  <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[r]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>r</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>,
                  Kendall’s sample tau <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[\widehat\tau]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mover><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo accent="true">̂</mml:mo></mml:mover></mml:math></alternatives></inline-formula>,
                  and Spearman’s sample rho
                  <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[\widehat\rho_S]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mover><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo accent="true">̂</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>.
                  Explain why <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[\widehat\tau]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mover><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo accent="true">̂</mml:mo></mml:mover></mml:math></alternatives></inline-formula>
                  and <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[\widehat\rho_S]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mover><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo accent="true">̂</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
                  are particularly natural summaries in a copula
                  analysis.</p>
                </def>
              </def-item>
              <def-item>
                <term>(c)</term>
                <def>
                  <p>Let <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[R_i]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
                  and <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[S_i]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
                  denote the ranks of <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[X_i]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
                  and <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[Y_i]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>,
                  respectively. Construct the pseudo-observations
                  <disp-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[U_i=\frac{R_i}{n+1},\qquad V_i=\frac{S_i}{n+1},\qquad i=1,\ldots,n.]]></tex-math>
                  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>…</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
                  Plot the points <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[(U_i,V_i)]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
                  in the unit square. Explain why this plot, and hence
                  the empirical copula, is unchanged if
                  <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[X]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>X</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
                  and <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[Y]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>Y</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
                  are replaced by <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[\log X]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">log</mml:mi><mml:mo>&#8289;</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
                  and <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[\log Y]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">log</mml:mi><mml:mo>&#8289;</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
                  respectively.</p>
                </def>
              </def-item>
              <def-item>
                <term>(d)</term>
                <def>
                  <p>Define the empirical copula by
                  <disp-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[C_n(u,v)=\frac{1}{n}\sum_{i=1}^n
                   \mathbf{1}\{U_i\leq u,\,V_i\leq v\},\qquad 0\leq u,v\leq1.]]></tex-math>
                  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover><mml:mn mathvariant="bold">𝟏</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="prefix">{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.167em"></mml:mspace><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">}</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
                  Compute <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[C_n(0.5,0.5)]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>0.5</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0.5</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
                  <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[C_n(0.8,0.8)]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>0.8</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0.8</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
                  and <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[C_n(0.9,0.9)]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>0.9</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0.9</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>.
                  Compare these values with those of the independence
                  copula <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[\Pi(u,v)=uv]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Π</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>.</p>
                </def>
              </def-item>
              <def-item>
                <term>(e)</term>
                <def>
                  <p>Fit a Gaussian copula and a Gumbel copula by
                  inversion of Kendall’s tau. Use
                  <disp-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[\tau_{\mathrm{Gauss}}(\rho)=\frac{2}{\pi}\arcsin(\rho),
                   \qquad -1<\rho<1,]]></tex-math>
                  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">G</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">arcsin</mml:mi><mml:mo>&#8289;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
                  and <disp-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[\tau_{\mathrm{Gumbel}}(\theta)=1-\frac{1}{\theta},
                   \qquad \theta\geq1.]]></tex-math>
                  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">G</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
                  Obtain the estimates <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[\widehat\rho_{\tau}]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mover><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo accent="true">̂</mml:mo></mml:mover><mml:mi>τ</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
                  and <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[\widehat\theta_{\tau}]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mover><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo accent="true">̂</mml:mo></mml:mover><mml:mi>τ</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>.</p>
                </def>
              </def-item>
              <def-item>
                <term>(f)</term>
                <def>
                  <p>Estimate the same two copulas by maximum
                  pseudolikelihood. For a copula density
                  <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[c_\eta]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>η</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>,
                  maximize <disp-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[\ell_n(\eta)=\sum_{i=1}^n
                   \log c_\eta\!\left(\frac{R_i}{n+1},\frac{S_i}{n+1}\right).]]></tex-math>
                  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>ℓ</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>η</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">log</mml:mi><mml:mo>&#8289;</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>η</mml:mi></mml:msub><mml:mspace width="-0.167em"></mml:mspace><mml:mrow><mml:mo stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
                  For the Gaussian copula, you may use
                  <disp-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[c_\rho(u,v)=\frac{\phi_2\!\left(\Phi^{-1}(u),\Phi^{-1}(v);\rho\right)}
                   {\phi\!\left(\Phi^{-1}(u)\right)\phi\!\left(\Phi^{-1}(v)\right)},]]></tex-math>
                  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mspace width="-0.167em"></mml:mspace><mml:mrow><mml:mo stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mspace width="-0.167em"></mml:mspace><mml:mrow><mml:mo stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mspace width="-0.167em"></mml:mspace><mml:mrow><mml:mo stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
                  where <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[\phi]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
                  is the standard normal density and
                  <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[\phi_2(\,\cdot\,,\,\cdot\,;\rho)]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mspace width="0.167em"></mml:mspace><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mspace width="0.167em"></mml:mspace><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.167em"></mml:mspace><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mspace width="0.167em"></mml:mspace><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
                  is the bivariate standard normal density with
                  correlation <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[\rho]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>.
                  For the Gumbel copula <disp-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[C_\theta(u,v)=\exp\!\left\{-\left[(-\log u)^\theta+(-\log v)^\theta\right]^{1/\theta}\right\},
                   \qquad \theta\geq1,]]></tex-math>
                  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">exp</mml:mi><mml:mo>&#8289;</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="-0.167em"></mml:mspace><mml:mrow><mml:mo stretchy="true" form="prefix">{</mml:mo><mml:mi>−</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true" form="prefix">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>−</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">log</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>−</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">log</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy="true" form="postfix">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>/</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="true" form="postfix">}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
                  you may evaluate the mixed derivative
                  <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[c_\theta(u,v)=\partial^2C_\theta(u,v)/
                  \partial u\,\partial v]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mi>/</mml:mi><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mspace width="0.167em"></mml:mspace><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
                  numerically, or use software that implements this
                  density like Mathematica. Report the
                  maximum-pseudolikelihood estimates
                  <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[\widehat\rho_{\mathrm{MPL}}]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mover><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo accent="true">̂</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
                  and <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[\widehat\theta_{\mathrm{MPL}}]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mover><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo accent="true">̂</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>,
                  and compare them with the estimates from part (e).</p>
                </def>
              </def-item>
              <def-item>
                <term>(g)</term>
                <def>
                  <p>State the lower- and upper-tail dependence
                  coefficients for each fitted copula. In particular,
                  show that the Gaussian copula has
                  <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[\lambda_L=\lambda_U=0]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>L</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
                  whenever <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[|\rho|<1]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">|</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">|</mml:mo><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
                  whereas the Gumbel copula has
                  <disp-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[\lambda_L=0,\qquad \lambda_U=2-2^{1/\theta}.]]></tex-math>
                  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>L</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>/</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
                  Explain why copulas with similar fitted values of
                  Kendall’s tau can nevertheless make substantially
                  different assertions about simultaneous extreme
                  rainfall and runoff events.</p>
                </def>
              </def-item>
              <def-item>
                <term>(h)</term>
                <def>
                  <p>Using the pseudo-observation plot together with the
                  maximized pseudo-log-likelihoods and the
                  tail-dependence coefficients obtained above, discuss
                  which model is more appropriate for describing the
                  data. Distinguish carefully between overall positive
                  association and upper-tail dependence.</p>
                </def>
              </def-item>
              <def-item>
                <term>(i)</term>
                <def>
                  <p>Let <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[q_X(0.90)]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>0.90</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
                  and <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[q_Y(0.90)]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>0.90</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
                  be the empirical <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[0.90]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mn>0.90</mml:mn></mml:math></alternatives></inline-formula>
                  quantiles of rainfall and runoff. For each fitted
                  copula, estimate <disp-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[\Pr\{X>q_X(0.90),\,Y>q_Y(0.90)\}
                   =1-0.90-0.90+C(0.90,0.90).]]></tex-math>
                  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Pr</mml:mi><mml:mo>&#8289;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">{</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>0.90</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.167em"></mml:mspace><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>0.90</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false" form="postfix">}</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>0.90</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>0.90</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>0.90</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0.90</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
                  Compare the resulting estimates with the independence
                  benchmark <inline-formula><alternatives>
                  <tex-math><![CDATA[0.10^2=0.01]]></tex-math>
                  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>0.10</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.01</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>.
                  Give a practical interpretation in terms of the
                  occurrence of a high-rainfall event together with high
                  runoff.</p>
                </def>
              </def-item>
            </def-list>
          </p>
        </def>
      </def-item>
    </def-list>
  </sec>
  <sec id="further-reading">
    <title>Further Reading</title>
    <p>For a systematic treatment of copulas, their properties, and many
    families and examples, see Nelsen (1999). A more advanced monograph
    with emphasis on multivariate dependence and extreme-value
    structures is Joe (1997). For an accessible introduction to
    inference for copula models based on ranks, with a detailed worked
    example and another hydrological application, see Genest &amp; Favre
    (2007).</p>
  </sec>
  <sec id="acknowledgement">
    <title>Acknowledgement</title>
    <p>The author thanks Perplexity AI for assistance with
    English-language editing and with the preparation and refinement of
    selected Mathematica code snippets. This assistance was limited to
    matters of presentation, wording, and coding style. Responsibility
    for the scientific content, mathematical correctness, numerical
    calculations, and final form of the manuscript rests entirely with
    the author.</p>
  </sec>
</sec>
<sec id="appendix">
  <title>Appendix</title>
  <p><bold>Example A.0.9 (Copula Scatterplots)</bold> The following
  Mathematica code generates scatterplots of pseudo-observations from
  three copula models with comparable overall dependence: a Clayton
  copula with parameter <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[\theta=2.88]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2.88</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
  a Gaussian copula with correlation <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[\rho=0.8]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.8</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
  and a Gumbel copula with parameter <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[\theta=2.44]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2.44</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>.</p>
  <preformat>(* ============================================== *)
(* Copula scatterplots: Clayton, Gaussian, Gumbel *)
(* ============================================== *)

SeedRandom[12345];
n = 5000;

(* ---------------------------------------------- *)
(* 1. Clayton copula, parameter theta = 2.88      *)
(* ---------------------------------------------- *)

thetaClayton = 2.88;

(* Correct Clayton sampler using conditional distribution *)
claytonSample[n_, theta_] := Module[{u, w, v},
  u = RandomReal[{0, 1}, n];
  w = RandomReal[{0, 1}, n];
  v = ((w^(1/(1 + theta)) * u)^(-theta) + 1 - u^(-theta))^(-1/theta);
  Transpose[{u, v}]
];

claytonData = claytonSample[n, thetaClayton];

(* ---------------------------------------------- *)
(* 2. Gaussian copula, parameter rho = 0.8        *)
(* ---------------------------------------------- *)

rho = 0.8;
sigma = {{1, rho}, {rho, 1}};

gaussianSample[n_, sigma_] := Module[{z},
  z = RandomVariate[MultinormalDistribution[{0, 0}, sigma], n];
  CDF[NormalDistribution[0, 1], #] &amp; /@ z
];

gaussianData = gaussianSample[n, sigma];

(* ---------------------------------------------- *)
(* 3. Gumbel copula, parameter theta = 2.44       *)
(* ---------------------------------------------- *)

thetaGumbel = 2.44;

(* Positive alpha-stable sampler, alpha = 1/theta *)
positiveStableSample[alpha_] := Module[{V, E},
  V = RandomReal[{0, Pi}, 1][[1]];
  E = RandomVariate[ExponentialDistribution[1]];
  (Sin[alpha V]/(Sin[V])^(1/alpha)) *
   (Sin[(1 - alpha) V]/E)^((1 - alpha)/alpha)
];

(* Marshall-Olkin sampler for Gumbel copula *)
gumbelSample[n_, theta_] := Module[{alpha, s, e1, e2, u, v},
  alpha = 1/theta;
  Table[
    s = positiveStableSample[alpha];
    e1 = RandomVariate[ExponentialDistribution[1]];
    e2 = RandomVariate[ExponentialDistribution[1]];
    u = Exp[-(e1/s)^alpha];
    v = Exp[-(e2/s)^alpha];
    {u, v},
    {n}
  ]
];

gumbelData = gumbelSample[n, thetaGumbel];

(* ---------------------------------------------- *)
(* 4. Scatterplots                                *)
(* ---------------------------------------------- *)

plotStyle[color_] := Directive[color, PointSize[0.0025], Opacity[0.5]];

claytonPlot = ListPlot[
  claytonData,
  PlotRange -&gt; {{0, 1}, {0, 1}},
  AspectRatio -&gt; 1,
  PlotStyle -&gt; plotStyle[Blue],
  AxesLabel -&gt; {&quot;u&quot;, &quot;v&quot;},
  PlotLabel -&gt; &quot;Clayton Copula, \[Theta] = 2.88&quot;,
  ImageSize -&gt; 350
];

gaussianPlot = ListPlot[
  gaussianData,
  PlotRange -&gt; {{0, 1}, {0, 1}},
  AspectRatio -&gt; 1,
  PlotStyle -&gt; plotStyle[Red],
  AxesLabel -&gt; {&quot;u&quot;, &quot;v&quot;},
  PlotLabel -&gt; &quot;Gaussian Copula, \[Rho] = 0.8&quot;,
  ImageSize -&gt; 350
];

gumbelPlot = ListPlot[
  gumbelData,
  PlotRange -&gt; {{0, 1}, {0, 1}},
  AspectRatio -&gt; 1,
  PlotStyle -&gt; plotStyle[Darker[Green]],
  AxesLabel -&gt; {&quot;u&quot;, &quot;v&quot;},
  PlotLabel -&gt; &quot;Gumbel Copula, \[Theta] = 2.44&quot;,
  ImageSize -&gt; 350
];

GraphicsRow[{claytonPlot, gaussianPlot, gumbelPlot}, Spacings -&gt; 20]</preformat>
</sec>
<sec id="solutions">
  <title>Solutions</title>
  <p><bold>Solution to 4.66.</bold></p>
  <p>Let <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[(X,Y)]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
  be a continuous bivariate random vector with joint cdf
  <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[F_{X,Y}]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
  and copula <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[C]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>,
  and let <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[g,h:\mathbb{R}\to\mathbb{R}]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">ℝ</mml:mi><mml:mo>→</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">ℝ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
  be strictly increasing functions. Define <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[Z = g(X),\qquad T = h(Y).]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula></p>
  <p><bold>(a) Cdf of <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[(Z,T)]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
  in terms of <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[F_{X,Y}]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>.</bold></p>
  <p>For any <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[z,t\in\mathbb{R}]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">ℝ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
  <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[\begin{aligned}
  F_{Z,T}(z,t)
  &= \mathbb{P}(Z \le z,\; T \le t) \\
  &= \mathbb{P}\bigl(g(X) \le z,\; h(Y) \le t\bigr).
  \end{aligned}]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right; padding-right: 0"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left" style="text-align: left; padding-left: 0"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">ℙ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.278em"></mml:mspace><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right; padding-right: 0"></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left" style="text-align: left; padding-left: 0"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">ℙ</mml:mi><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.278em"></mml:mspace><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mi>.</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></alternatives></disp-formula>
  Since <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[g]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>g</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
  and <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[h]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
  are strictly increasing, the inequalities
  <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[g(X)\le z]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
  and <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[h(Y)\le t]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
  are equivalent to <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[X \le g^{-1}(z),\qquad Y \le h^{-1}(t),]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
  where <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[g^{-1}]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></alternatives></inline-formula>
  and <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[h^{-1}]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></alternatives></inline-formula>
  denote the (strictly increasing) inverses of
  <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[g]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>g</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
  and <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[h]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>.
  Hence <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[F_{Z,T}(z,t)
  = \mathbb{P}\bigl(X \le g^{-1}(z),\; Y \le h^{-1}(t)\bigr)
  = F_{X,Y}\bigl(g^{-1}(z),\,h^{-1}(t)\bigr).]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">ℙ</mml:mi><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.278em"></mml:mspace><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.167em"></mml:mspace><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula></p>
  <p><bold>(b) Copula of <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[(Z,T)]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>.</bold></p>
  <p>Let <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[F_X]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
  and <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[F_Y]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
  be the marginal cdfs of <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[X]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>X</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
  and <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[Y]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>Y</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>,
  and let <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[F_Z]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Z</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
  and <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[F_T]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
  be the marginal cdfs of <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[Z]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>Z</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
  and <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[T]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>T</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>.
  From part (a), <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[\begin{aligned}
  F_Z(z)
  &= \mathbb{P}(Z \le z)
  = \mathbb{P}\bigl(g(X) \le z\bigr)
  = \mathbb{P}\bigl(X \le g^{-1}(z)\bigr)
  = F_X\bigl(g^{-1}(z)\bigr), \\
  F_T(t)
  &= \mathbb{P}(T \le t)
  = \mathbb{P}\bigl(h(Y) \le t\bigr)
  = \mathbb{P}\bigl(Y \le h^{-1}(t)\bigr)
  = F_Y\bigl(h^{-1}(t)\bigr).
  \end{aligned}]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right; padding-right: 0"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left" style="text-align: left; padding-left: 0"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">ℙ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">ℙ</mml:mi><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">ℙ</mml:mi><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right; padding-right: 0"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left" style="text-align: left; padding-left: 0"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">ℙ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">ℙ</mml:mi><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">ℙ</mml:mi><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mi>.</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></alternatives></disp-formula></p>
  <p>Let <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[u,v\in(0,1)]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
  and define <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[z = F_Z^{-1}(u),\qquad t = F_T^{-1}(v).]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
  Using <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[F_Z(z)=F_X(g^{-1}(z))]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
  and the strict monotonicity of <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[g]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>g</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>,
  <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[F_X\bigl(g^{-1}(z)\bigr) = u
  \quad\Longrightarrow\quad
  g^{-1}(z) = F_X^{-1}(u),]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mspace width="1.0em"></mml:mspace><mml:mo>⇒</mml:mo><mml:mspace width="1.0em"></mml:mspace><mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
  so that <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[z = g\bigl(F_X^{-1}(u)\bigr).]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
  Similarly, <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[t = h\bigl(F_Y^{-1}(v)\bigr).]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula></p>
  <p>The copula <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[C_{Z,T}]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
  of <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[(Z,T)]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
  is defined by <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[C_{Z,T}(u,v)
  = F_{Z,T}\bigl(F_Z^{-1}(u),\,F_T^{-1}(v)\bigr).]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.167em"></mml:mspace><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
  Using part (a) and the relations above, <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[\begin{aligned}
  C_{Z,T}(u,v)
  &= F_{Z,T}(z,t) \\
  &= F_{X,Y}\bigl(g^{-1}(z),\,h^{-1}(t)\bigr) \\
  &= F_{X,Y}\bigl(F_X^{-1}(u),\,F_Y^{-1}(v)\bigr).
  \end{aligned}]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right; padding-right: 0"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left" style="text-align: left; padding-left: 0"><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right; padding-right: 0"></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left" style="text-align: left; padding-left: 0"><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.167em"></mml:mspace><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right; padding-right: 0"></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left" style="text-align: left; padding-left: 0"><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.167em"></mml:mspace><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mi>.</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></alternatives></disp-formula>
  By definition of the copula <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[C]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
  of <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[(X,Y)]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
  <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[C(u,v)
  = F_{X,Y}\bigl(F_X^{-1}(u),\,F_Y^{-1}(v)\bigr),]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.167em"></mml:mspace><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
  hence <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[C_{Z,T}(u,v) = C(u,v),\qquad (u,v)\in[0,1]^2.]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mo stretchy="false" form="prefix">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="postfix">]</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
  Therefore <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[(Z,T)]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
  has the same copula <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[C]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
  as <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[(X,Y)]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>.</p>
  <p><bold>(c) Bivariate normal example and invariance of the
  copula.</bold></p>
  <p>Let <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[(X,Y)]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
  be bivariate normal with correlation <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[\rho]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>,
  as in Example 4.5.3 of Casella &amp; Berger (2002), and define
  <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[Z = g(X) = e^{X},\qquad T = h(Y) = e^{3Y}.]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
  To simulate a sample of size <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[n]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>n</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
  from this model, one can:</p>
  <list list-type="order">
    <list-item>
      <p>Generate <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[n]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>n</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
      i.i.d. observations <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[(X_i,Y_i)]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
      from the bivariate normal distribution with correlation
      <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[\rho]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>.</p>
    </list-item>
    <list-item>
      <p>For each <inline-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[i]]></tex-math>
      <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>i</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>,
      set <disp-formula><alternatives>
      <tex-math><![CDATA[Z_i = e^{X_i},\qquad T_i = e^{3Y_i}.]]></tex-math>
      <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula></p>
    </list-item>
  </list>
  <p>The scatter plot of <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[(Z_i,T_i)]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
  is obtained from that of <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[(X_i,Y_i)]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
  by applying strictly increasing transformations in each coordinate.
  These change the marginal distributions (normal to lognormal and
  scaled lognormal) and the scale of the axes, but they preserve the
  ordering of the points in each coordinate and hence the dependence
  structure encoded by the copula.</p>
  <p>Part (b) shows rigorously that strictly increasing transformations
  in each margin leave the copula unchanged. Kendall’s tau is a measure
  of concordance that depends only on the copula (it is invariant under
  strictly increasing transformations of each coordinate). Therefore
  <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[(X,Y)]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
  and <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[(Z,T)]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
  have the same copula and the same value of Kendall’s tau; empirically,
  the estimated tau from the two scatter plots will (up to sampling
  error) be equal.</p>
  <p><bold>Solution to 4.67.</bold></p>
  <p>Assume <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[(X,Y)]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
  is continuous with joint cdf <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[F_{X,Y}]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>,
  marginals <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[F_X,F_Y]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
  and copula <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[C]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>.</p>
  <p><bold>(a) PQD in terms of the copula.</bold></p>
  <p>Positive quadrant dependence (PQD) means
  <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[P(X\le x,Y\le y)\;\ge\;P(X\le x)\,P(Y\le y)\quad\text{for all }x,y\in\mathbb{R}.]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mspace width="0.278em"></mml:mspace><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mspace width="0.278em"></mml:mspace><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mspace width="0.167em"></mml:mspace><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mspace width="1.0em"></mml:mspace><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="normal">for all </mml:mtext><mml:mspace width="0.333em"></mml:mspace></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">ℝ</mml:mi><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
  In terms of the cdfs this is <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[F_{X,Y}(x,y)\;\ge\;F_X(x)\,F_Y(y)\quad\forall x,y.]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mspace width="0.278em"></mml:mspace><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mspace width="0.278em"></mml:mspace><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mspace width="0.167em"></mml:mspace><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mspace width="1.0em"></mml:mspace><mml:mo>∀</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
  By Sklar’s theorem, <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[F_{X,Y}(x,y)=C\bigl(F_X(x),F_Y(y)\bigr).]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
  Let <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[u=F_X(x)]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
  and <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[v=F_Y(y)]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>;
  then <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[u,v\in[0,1]]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mo stretchy="false" form="prefix">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
  and the PQD condition becomes <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[C(u,v)\;\ge\;uv\quad\text{for all }(u,v)\in[0,1]^2.]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mspace width="0.278em"></mml:mspace><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mspace width="0.278em"></mml:mspace><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi><mml:mspace width="1.0em"></mml:mspace><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="normal">for all </mml:mtext><mml:mspace width="0.333em"></mml:mspace></mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mo stretchy="false" form="prefix">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="postfix">]</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
  Thus <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[(X,Y)]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
  is PQD if and only if its copula <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[C]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
  satisfies <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[C(u,v)\ge uv]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
  on <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[[0,1]^2]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="postfix">]</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>.</p>
  <p><bold>(b) PQD implies nonnegative covariance.</bold></p>
  <p>Assume <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[X]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>X</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
  and <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[Y]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>Y</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
  have finite second moments. We show <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[\mathsf{Cov}(X,Y)\ge0]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">𝖢</mml:mi><mml:mi mathvariant="sans-serif">𝗈</mml:mi><mml:mi mathvariant="sans-serif">𝗏</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>.
  Recall that for square–integrable <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[(X,Y)]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
  one can write <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[\mathsf{Cov}(X,Y)
  = \mathbb{E}(XY)-\mathbb{E}X\,\mathbb{E}Y
    = \iint_{\mathbb{R}^2}
       \bigl\{P(X>x,Y>y)-P(X>x)\,P(Y>y)\bigr\}\,dx\,dy,]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">𝖢</mml:mi><mml:mi mathvariant="sans-serif">𝗈</mml:mi><mml:mi mathvariant="sans-serif">𝗏</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">𝔼</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">𝔼</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi><mml:mspace width="0.167em"></mml:mspace><mml:mi mathvariant="double-struck">𝔼</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mo>∬</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="double-struck">ℝ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:msub><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">{</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mspace width="0.167em"></mml:mspace><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">}</mml:mo><mml:mspace width="0.167em"></mml:mspace><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mspace width="0.167em"></mml:mspace><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
  which is obtained by expanding <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[XY]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
  into indicator integrals and interchanging expectation and integration
  (as in the proof of Theorem 2.2.6).</p>
  <p>Note that <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[P(X>x,Y>y)
  = 1-F_X(x)-F_Y(y)+F_{X,Y}(x,y),]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
  and <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[P(X>x)\,P(Y>y)
  = (1-F_X(x))(1-F_Y(y))
  = 1-F_X(x)-F_Y(y)+F_X(x)F_Y(y).]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mspace width="0.167em"></mml:mspace><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
  Hence <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[P(X>x,Y>y)-P(X>x)\,P(Y>y)
  = F_{X,Y}(x,y)-F_X(x)F_Y(y).]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mspace width="0.167em"></mml:mspace><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
  Therefore <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[\mathsf{Cov}(X,Y)
  = \iint_{\mathbb{R}^2}
     \bigl(F_{X,Y}(x,y)-F_X(x)F_Y(y)\bigr)\,dx\,dy.]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">𝖢</mml:mi><mml:mi mathvariant="sans-serif">𝗈</mml:mi><mml:mi mathvariant="sans-serif">𝗏</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mo>∬</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="double-struck">ℝ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:msub><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mspace width="0.167em"></mml:mspace><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mspace width="0.167em"></mml:mspace><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula></p>
  <p>If <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[(X,Y)]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
  is PQD, then <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[F_{X,Y}(x,y)\ge F_X(x)F_Y(y)]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>≥</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
  for all <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[x,y]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
  so the integrand is everywhere nonnegative. The integral of a
  nonnegative function is nonnegative, hence
  <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[\mathsf{Cov}(X,Y)\;\ge\;0.]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">𝖢</mml:mi><mml:mi mathvariant="sans-serif">𝗈</mml:mi><mml:mi mathvariant="sans-serif">𝗏</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mspace width="0.278em"></mml:mspace><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mspace width="0.278em"></mml:mspace><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula></p>
  <p><bold>(c) Clayton copula with exponential marginals.</bold></p>
  <p>In Example 4.5.2, <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[X]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>X</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
  and <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[Y]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>Y</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
  are independent exponentials with parameter
  <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[\lambda]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>λ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>:
  <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[F_X(x)=F_Y(x)=1-e^{-\lambda x},\qquad x\ge0,]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
  and <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[F_{X,Y}(x,y)=F_X(x)F_Y(y)
  \quad\Rightarrow\quad
  \mathsf{Cov}(X,Y)=0.]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mspace width="1.0em"></mml:mspace><mml:mo>⇒</mml:mo><mml:mspace width="1.0em"></mml:mspace><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">𝖢</mml:mi><mml:mi mathvariant="sans-serif">𝗈</mml:mi><mml:mi mathvariant="sans-serif">𝗏</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula></p>
  <p>Now keep these marginals but introduce dependence via a Clayton
  copula with parameter <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[\theta>0]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>:
  <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[C_\theta(u,v)
  = \left(u^{-\theta}+v^{-\theta}-1\right)^{-1/\theta},
  \qquad u,v\in(0,1],\;\theta>0.]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>/</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.278em"></mml:mspace><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
  The joint cdf of the new pair <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[(X_\theta,Y_\theta)]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
  is <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[F_{X_\theta,Y_\theta}(x,y)
  = C_\theta\bigl(F_X(x),F_Y(y)\bigr),\qquad x,y\ge0.]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:msub><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula></p>
  <p><italic>PQD:</italic> For Clayton copulas with
  <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[\theta>0]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
  one has <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[C_\theta(u,v)\;\ge\;uv,\qquad (u,v)\in[0,1]^2.]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mspace width="0.278em"></mml:mspace><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mspace width="0.278em"></mml:mspace><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mo stretchy="false" form="prefix">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="postfix">]</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
  Thus the copula <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[C_\theta]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
  lies above the independence copula <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[uv]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
  so by part (a) the resulting pair <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[(X_\theta,Y_\theta)]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
  is positively quadrant dependent.</p>
  <p><italic>Covariance:</italic> By part (b), PQD and finite second
  moments imply <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[\mathsf{Cov}(X_\theta,Y_\theta)\;\ge\;0.]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">𝖢</mml:mi><mml:mi mathvariant="sans-serif">𝗈</mml:mi><mml:mi mathvariant="sans-serif">𝗏</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mspace width="0.278em"></mml:mspace><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mspace width="0.278em"></mml:mspace><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
  When <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[\theta = 0]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
  (interpreted as a limit), the copula reduces to the product copula
  <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[uv]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
  i.e. independence, so <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[\operatorname{Cov}(X_0,Y_0)=0.]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Cov</mml:mi><mml:mo>&#8289;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
  For <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[\theta>0]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
  the resulting pair is positively quadrant dependent and hence has
  nonnegative covariance. Increasing <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[\theta]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>θ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
  corresponds to stronger positive dependence within the Clayton family.
  Thus introducing a Clayton copula with parameter
  <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[\theta>0]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
  while keeping the exponential marginals, turns the originally
  independent pair into a positively quadrant dependent pair with
  nonnegative covariance.</p>
  <p><bold>Solution to 4.68.</bold></p>
  <p>Let <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[(Z_1,Z_2)]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
  be bivariate normal with correlation <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[\rho]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>,
  and let <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[U=\Phi(Z_1),\qquad V=\Phi(Z_2),]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
  where <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[\Phi]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
  is the standard normal cdf.</p>
  <p><bold>(a) Copula of <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[(U,V)]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>.</bold></p>
  <p>By construction, <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[U = F_{Z_1}(Z_1),\qquad V = F_{Z_2}(Z_2),]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
  where <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[F_{Z_i}=\Phi]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
  are the marginal cdfs of <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[Z_i]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>.
  Thus <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[U]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>U</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
  and <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[V]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>V</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
  are standard uniform random variables (probability integral
  transform). Their joint cdf is <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[\begin{aligned}
  P(U\le u, V\le v)
  &= P\bigl(\Phi(Z_1)\le u,\ \Phi(Z_2)\le v\bigr) \\
  &= P\bigl(Z_1\le \Phi^{-1}(u),\ Z_2\le \Phi^{-1}(v)\bigr) \\
  &= F_{(Z_1,Z_2)}\bigl(\Phi^{-1}(u),\Phi^{-1}(v)\bigr),
  \end{aligned}]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right; padding-right: 0"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left" style="text-align: left; padding-left: 0"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.222em"></mml:mspace><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right; padding-right: 0"></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left" style="text-align: left; padding-left: 0"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.222em"></mml:mspace><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right; padding-right: 0"></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left" style="text-align: left; padding-left: 0"><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></alternatives></disp-formula>
  where <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[F_{(Z_1,Z_2)}]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
  is the bivariate normal cdf with correlation
  <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[\rho]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>.
  By definition, the copula <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[C_\rho]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
  associated with this bivariate normal distribution is
  <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[C_\rho(u,v)
  := F_{(Z_1,Z_2)}\bigl(\Phi^{-1}(u),\Phi^{-1}(v)\bigr).]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>:=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
  Comparing the two displays, we see that <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[(U,V)]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
  has copula <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[C_\rho]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>
  (the Gaussian copula with parameter <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[\rho]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>).</p>
  <p><bold>(b) Tail dependence for <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[|\rho|<1]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">|</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">|</mml:mo><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>.</bold></p>
  <p>Recall the upper and lower tail dependence coefficients for a
  copula <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[C]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>:
  <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[\lambda_U
  = \lim_{u\uparrow 1} \frac{1 - 2u + C(u,u)}{1-u},
  \qquad
  \lambda_L
  = \lim_{u\downarrow 0} \frac{C(u,u)}{u}.]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mi mathvariant="normal">lim</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>↑</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>L</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mi mathvariant="normal">lim</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>↓</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:munder><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mfrac><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula></p>
  <p>For the Gaussian copula <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[C_\rho]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:msub></mml:math></alternatives></inline-formula>,
  we have <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[C_\rho(u,u)
  = P(U\le u, V\le u)
  = P\bigl(Z_1\le z,\ Z_2\le z\bigr),
  \quad\text{where }z=\Phi^{-1}(u).]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.222em"></mml:mspace><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1.0em"></mml:mspace><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="normal">where </mml:mtext><mml:mspace width="0.333em"></mml:mspace></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
  Equivalently, <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[P(Z_1>z, Z_2>z)
  = 1 + C_\rho(u,u) - 2u.]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula></p>
  <p><italic>Upper tail.</italic> Write <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[P(U>u, V>u)
  = P(Z_1>z, Z_2>z),
  \quad u\to 1,\;z\to\infty.]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1.0em"></mml:mspace><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>→</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.278em"></mml:mspace><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
  For a bivariate normal with <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[|\rho|<1]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">|</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">|</mml:mo><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
  it is known (and can be derived via asymptotic analysis of the joint
  normal tail) that <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[P(Z_1>z, Z_2>z)
  \sim k(\rho)\,\frac{1}{z}\exp\!\left(-\frac{z^2}{1+\rho}\right),
  \qquad z\to\infty,]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mspace width="0.167em"></mml:mspace><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>z</mml:mi></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">exp</mml:mi><mml:mo>&#8289;</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="-0.167em"></mml:mspace><mml:mrow><mml:mo stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>−</mml:mi><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
  for some positive constant <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[k(\rho)]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
  depending on <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[\rho]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>.
  On the other hand, <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[P(Z_1>z)
  = 1-u
  \sim \frac{1}{z}\exp\!\left(-\frac{z^2}{2}\right),
  \qquad z\to\infty.]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>z</mml:mi></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">exp</mml:mi><mml:mo>&#8289;</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="-0.167em"></mml:mspace><mml:mrow><mml:mo stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>−</mml:mi><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
  Therefore <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[\frac{P(Z_1>z, Z_2>z)}{P(Z_1>z)}
  \sim k(\rho)\exp\!\left(-z^2\left[\frac{1}{1+\rho} - \frac{1}{2}\right]\right).]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">exp</mml:mi><mml:mo>&#8289;</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="-0.167em"></mml:mspace><mml:mrow><mml:mo stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>−</mml:mi><mml:msup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true" form="prefix">[</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" form="postfix">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
  If <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[|\rho|<1]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">|</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">|</mml:mo><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
  then <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[\frac{1}{1+\rho} > \frac{1}{2}]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
  so the exponent is negative and the ratio decays to
  <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[0]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></alternatives></inline-formula>
  as <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[z\to\infty]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>.
  Translating back to the copula formulation, this means
  <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[\lambda_U
  = \lim_{u\uparrow 1} P(U>u\mid V>u)
  = 0,\qquad |\rho|<1.]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mi mathvariant="normal">lim</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>↑</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>∣</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:mo stretchy="false" form="prefix">|</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">|</mml:mo><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula></p>
  <p><italic>Lower tail.</italic> By symmetry of the bivariate normal
  about <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[(0,0)]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
  <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[(Z_1,Z_2)]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
  and <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[(-Z_1,-Z_2)]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>−</mml:mi><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>−</mml:mi><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
  have the same joint distribution (with the same correlation
  <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[\rho]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>).
  Thus lower–tail events <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[(Z_1\le -z, Z_2\le -z)]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>−</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>−</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
  correspond to upper–tail events for <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[(-Z_1,-Z_2)]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>−</mml:mi><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>−</mml:mi><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>;
  the same asymptotic analysis applies and yields
  <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[\lambda_L = 0,\qquad |\rho|<1.]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>L</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:mo stretchy="false" form="prefix">|</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">|</mml:mo><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula></p>
  <p>Heuristically, for any fixed <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[\rho]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
  strictly less than <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[1]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></alternatives></inline-formula>
  in magnitude, the joint tail of the bivariate normal decays faster
  than the marginal tail, so the conditional probability of a joint
  extreme given a marginal extreme goes to zero in both tails.</p>
  <p><bold>(c) Interpretation for joint extremes.</bold></p>
  <p>The fact that <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[\lambda_L=\lambda_U=0]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>L</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
  for <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[|\rho|<1]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">|</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">|</mml:mo><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
  means that, in a Gaussian copula model, the probability of observing
  one variable in an extreme tail given that the other is in that tail
  tends to <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[0]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></alternatives></inline-formula>
  as we move further into the tail. In other words, even if the linear
  correlation <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[\rho]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
  is large (say <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[\rho=0.9]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.9</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>),
  the Gaussian dependence structure does not create asymptotic
  clustering of extremes: very large values of
  <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[X]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>X</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
  and <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[Y]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>Y</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
  do <italic>not</italic> tend to occur together with positive limiting
  probability.</p>
  <p>In practical terms, this implies that strongly correlated Gaussian
  models can substantially understate the probability of joint extreme
  events. They may fit well in the center of the distribution (capturing
  linear correlation), but they impose tail independence: extreme events
  in one margin are, asymptotically, almost never accompanied by
  simultaneous extremes in the other margin. For applications where
  joint tail behavior is critical (e.g. financial or environmental
  risk), the Gaussian copula may therefore give overly optimistic (too
  small) estimates of joint extreme risks.</p>
  <p><bold>Solution to 7.67</bold></p>
  <p>An Archimedean copula has the form <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[C(u,v) = \varphi^{-1}\bigl(\varphi(u)+\varphi(v)\bigr),]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>φ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>φ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>φ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
  where <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[\varphi]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>φ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
  is a convex, decreasing generator.</p>
  <def-list>
    <def-item>
      <term>(a)</term>
      <def>
        <p><italic>Clayton generator.</italic></p>
        <p>The (bivariate) Clayton copula with parameter
        <inline-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\theta>0]]></tex-math>
        <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
        is <disp-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[C_\theta(u,v)
        =
        \left(u^{-\theta}+v^{-\theta}-1\right)^{-1/\theta},
        \qquad u,v\in(0,1].]]></tex-math>
        <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>/</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">]</mml:mo><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula></p>
        <p>We claim that this can be written in Archimedean form with
        generator <disp-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\varphi(t) = t^{-\theta} - 1,\qquad t\in(0,1].]]></tex-math>
        <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>φ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">]</mml:mo><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula></p>
        <p>First compute its inverse: <disp-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[s = \varphi(t) = t^{-\theta} - 1
        \quad\Longrightarrow\quad
        t^{-\theta} = s+1
        \quad\Longrightarrow\quad
        t = (1+s)^{-1/\theta}.]]></tex-math>
        <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>φ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mspace width="1.0em"></mml:mspace><mml:mo>⇒</mml:mo><mml:mspace width="1.0em"></mml:mspace><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mspace width="1.0em"></mml:mspace><mml:mo>⇒</mml:mo><mml:mspace width="1.0em"></mml:mspace><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>/</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
        Hence <disp-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\varphi^{-1}(s) = (1+s)^{-1/\theta},\qquad s\ge0.]]></tex-math>
        <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>φ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>/</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula></p>
        <p>Now form the Archimedean copula associated with this
        generator: <disp-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[C(u,v)
        = \varphi^{-1}\bigl(\varphi(u)+\varphi(v)\bigr)
        = \Bigl(
            1 + (u^{-\theta}-1) + (v^{-\theta}-1)
          \Bigr)^{-1/\theta}
        = \bigl(u^{-\theta} + v^{-\theta} - 1\bigr)^{-1/\theta}.]]></tex-math>
        <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>φ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>φ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>φ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo minsize="180%" maxsize="180%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:msup><mml:mo minsize="180%" maxsize="180%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>/</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mo minsize="120%" maxsize="120%" stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>/</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula></p>
        <p>This is exactly the (alternative) Archimedean representation
        of the Clayton copula, so <inline-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\varphi(t)=t^{-\theta}-1]]></tex-math>
        <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>φ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
        is indeed a valid generator for the Clayton family.</p>
      </def>
    </def-item>
    <def-item>
      <term>(b)</term>
      <def>
        <p><italic>Kendall’s <inline-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\tau]]></tex-math>
        <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>τ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
        and an estimator for <inline-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\theta]]></tex-math>
        <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>θ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>.</italic></p>
        <p>For an Archimedean copula with generator
        <inline-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\varphi]]></tex-math>
        <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>φ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>,
        Kendall’s <inline-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\tau]]></tex-math>
        <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>τ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
        is given by <disp-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\tau = 1 + 4\int_0^1 \frac{\varphi(t)}{\varphi'(t)}\,dt.]]></tex-math>
        <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>φ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>φ</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mspace width="0.167em"></mml:mspace><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula></p>
        <p>For <inline-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\varphi(t)=t^{-\theta}-1]]></tex-math>
        <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>φ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
        we have <disp-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\varphi'(t) = -\theta t^{-\theta-1}.]]></tex-math>
        <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>φ</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>−</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
        Therefore <disp-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\frac{\varphi(t)}{\varphi'(t)}
        = \frac{t^{-\theta}-1}{-\theta t^{-\theta-1}}
        = -\frac{1}{\theta}\,(t - t^{\theta+1}).]]></tex-math>
        <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>φ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>φ</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>−</mml:mi><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mfrac><mml:mspace width="0.167em"></mml:mspace><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula></p>
        <p>Plugging into the formula for <inline-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\tau]]></tex-math>
        <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>τ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>,
        <disp-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\tau(\theta)
        = 1 + 4\int_0^1 \frac{\varphi(t)}{\varphi'(t)}\,dt
        = 1 + 4\int_0^1 \left(-\frac{1}{\theta}(t - t^{\theta+1})\right)\!dt
        = 1 - \frac{4}{\theta}\int_0^1 (t - t^{\theta+1})\,dt.]]></tex-math>
        <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>φ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>φ</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mspace width="0.167em"></mml:mspace><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>−</mml:mi><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="-0.167em"></mml:mspace><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mspace width="0.167em"></mml:mspace><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula></p>
        <p>Compute the integral: <disp-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\int_0^1 t\,dt = \frac{1}{2},
        \qquad
        \int_0^1 t^{\theta+1}\,dt = \frac{1}{\theta+2}.]]></tex-math>
        <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mspace width="0.167em"></mml:mspace><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.167em"></mml:mspace><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
        Hence <disp-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\int_0^1 (t - t^{\theta+1})\,dt
        = \frac{1}{2} - \frac{1}{\theta+2}
        = \frac{\theta}{2(\theta+2)}.]]></tex-math>
        <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mspace width="0.167em"></mml:mspace><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula></p>
        <p>Substitute back: <disp-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\tau(\theta)
        = 1 - \frac{4}{\theta}\cdot\frac{\theta}{2(\theta+2)}
        = 1 - \frac{2}{\theta+2}
        = \frac{\theta}{\theta+2}.]]></tex-math>
        <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula></p>
        <p>Thus Kendall’s <inline-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\tau]]></tex-math>
        <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>τ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
        for this Clayton copula (with generator
        <inline-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\varphi(t)=t^{-\theta}-1]]></tex-math>
        <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>φ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>−</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>)
        is <disp-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\boxed{\tau(\theta) = \frac{\theta}{\theta+2}}.]]></tex-math>
        <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:menclose notation="box"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:menclose><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula></p>
        <p>To base an estimator for <inline-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\theta]]></tex-math>
        <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>θ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
        on Kendall’s <inline-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\tau]]></tex-math>
        <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>τ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>,
        let <inline-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\hat\tau]]></tex-math>
        <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mover><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo accent="true">̂</mml:mo></mml:mover></mml:math></alternatives></inline-formula>
        denote the sample (empirical) Kendall’s
        <inline-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\tau]]></tex-math>
        <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>τ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>.
        We invert the above relationship: <disp-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\hat\tau = \frac{\theta}{\theta+2}
        \quad\Longrightarrow\quad
        \hat\tau(\theta+2) = \theta
        \quad\Longrightarrow\quad
        \theta(1 - \hat\tau) = 2\hat\tau
        \quad\Longrightarrow\quad
        \boxed{\hat\theta = \frac{2\hat\tau}{1-\hat\tau}}.]]></tex-math>
        <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo accent="true">̂</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mspace width="1.0em"></mml:mspace><mml:mo>⇒</mml:mo><mml:mspace width="1.0em"></mml:mspace><mml:mover><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo accent="true">̂</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mspace width="1.0em"></mml:mspace><mml:mo>⇒</mml:mo><mml:mspace width="1.0em"></mml:mspace><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mover><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo accent="true">̂</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mover><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo accent="true">̂</mml:mo></mml:mover><mml:mspace width="1.0em"></mml:mspace><mml:mo>⇒</mml:mo><mml:mspace width="1.0em"></mml:mspace><mml:menclose notation="box"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo accent="true">̂</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mover><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo accent="true">̂</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mover><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo accent="true">̂</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:menclose><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula></p>
        <p>This <inline-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\hat\theta]]></tex-math>
        <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mover><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo accent="true">̂</mml:mo></mml:mover></mml:math></alternatives></inline-formula>
        is the method-of-moments–type estimator of the Clayton parameter
        based on Kendall’s <inline-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\tau]]></tex-math>
        <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>τ</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>.</p>
      </def>
    </def-item>
  </def-list>
  <p><bold>Solution to 7.68</bold></p>
  <p>Write <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[n=30]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>30</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>.
  The data are listed in random observation order; that order has no
  statistical significance. There are no ties. In the copula
  calculations below, we use the rank pseudo-observations
  <disp-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[U_i=\frac{R_i}{n+1}=\frac{R_i}{31},\qquad
   V_i=\frac{S_i}{n+1}=\frac{S_i}{31},\qquad i=1,\ldots,30.]]></tex-math>
  <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mn>31</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mn>31</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>…</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>30</mml:mn><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula></p>
  <def-list>
    <def-item>
      <term>(a)</term>
      <def>
        <p>The scatterplot shows a clear positive association, but it is
        far from a deterministic functional relationship. There is
        substantial variation in runoff at comparable rainfall amounts;
        for example, the observations with rainfall near
        <inline-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[34]]></tex-math>
        <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mn>34</mml:mn></mml:math></alternatives></inline-formula>–<inline-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[40]]></tex-math>
        <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mn>40</mml:mn></mml:math></alternatives></inline-formula>
        mm have runoff values ranging from about
        <inline-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[17]]></tex-math>
        <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mn>17</mml:mn></mml:math></alternatives></inline-formula>
        to <inline-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[110]]></tex-math>
        <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mn>110</mml:mn></mml:math></alternatives></inline-formula>
        in the stated units. This is plausible because runoff also
        depends on antecedent wetness, rainfall intensity and duration,
        catchment storage, routing, and measurement variation.</p>
        <p>Both variables are positive and right-skewed. Consequently, a
        bivariate normal model on the original scale is unattractive:
        normal margins are symmetric and place positive probability on
        negative rainfall and runoff. Logarithmic transformations may
        improve marginal plots, but they do not change the copula,
        because they are strictly increasing on the positive
        half-line.</p>
      </def>
    </def-item>
    <def-item>
      <term>(b)</term>
      <def>
        <p>The numerical summaries are <disp-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[r=0.7948,\qquad
         \widehat\tau=0.5540,\qquad
         \widehat\rho_S=0.7339.]]></tex-math>
        <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.7948</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:mover><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo accent="true">̂</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.5540</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:msub><mml:mover><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo accent="true">̂</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.7339</mml:mn><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
        Thus the sample displays moderately strong positive association.
        Pearson’s <inline-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[r]]></tex-math>
        <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>r</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
        measures linear association on the original measurement scales
        and can change under nonlinear increasing transformations. In
        contrast, Kendall’s tau and Spearman’s rho depend only on the
        joint ranks and hence are invariant under strictly increasing
        transformations of either margin. This makes them especially
        natural for a copula analysis.</p>
      </def>
    </def-item>
    <def-item>
      <term>(c)</term>
      <def>
        <p>The rank pseudo-observations are obtained from the following
        ranks: <disp-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\begin{array}{c|rrrrrrrrrr}
         i&1&2&3&4&5&6&7&8&9&10\\ \hline
         R_i&18&13&23&1&9&27&29&6&3&20\\
         S_i&23&7&24&14&12&26&30&13&1&22
        \end{array}]]></tex-math>
        <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd columnalign="center" style="text-align: center"><mml:mi>i</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>2</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>3</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>4</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>5</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>6</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>7</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>8</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>9</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>10</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="center" style="text-align: center"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>18</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>13</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>23</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>9</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>27</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>29</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>6</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>3</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>20</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="center" style="text-align: center"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>23</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>7</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>24</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>14</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>12</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>26</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>30</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>13</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>22</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></alternatives></disp-formula>
        <disp-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\begin{array}{c|rrrrrrrrrr}
         i&11&12&13&14&15&16&17&18&19&20\\ \hline
         R_i&30&5&4&15&11&21&10&8&24&12\\
         S_i&27&6&9&18&3&20&17&10&16&11
        \end{array}]]></tex-math>
        <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd columnalign="center" style="text-align: center"><mml:mi>i</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>11</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>12</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>13</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>14</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>15</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>16</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>17</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>18</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>19</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>20</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="center" style="text-align: center"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>30</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>5</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>4</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>15</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>11</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>21</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>10</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>8</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>24</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>12</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="center" style="text-align: center"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>27</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>6</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>9</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>18</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>3</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>20</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>17</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>10</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>16</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>11</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></alternatives></disp-formula>
        <disp-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\begin{array}{c|rrrrrrrrrr}
         i&21&22&23&24&25&26&27&28&29&30\\ \hline
         R_i&19&25&28&26&17&7&2&14&22&16\\
         S_i&21&8&25&29&4&15&2&5&28&19
        \end{array}]]></tex-math>
        <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd columnalign="center" style="text-align: center"><mml:mi>i</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>21</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>22</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>23</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>24</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>25</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>26</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>27</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>28</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>29</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>30</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="center" style="text-align: center"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>19</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>25</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>28</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>26</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>17</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>7</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>2</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>14</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>22</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>16</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="center" style="text-align: center"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>21</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>8</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>25</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>29</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>4</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>15</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>2</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>5</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>28</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" style="text-align: right"><mml:mn>19</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></alternatives></disp-formula>
        The plot of <inline-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[(U_i,V_i)]]></tex-math>
        <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
        in the unit square shows positive rank association with
        appreciable scatter. If rainfall and runoff are replaced by
        <inline-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\log X]]></tex-math>
        <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">log</mml:mi><mml:mo>&#8289;</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
        and <inline-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\log Y]]></tex-math>
        <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">log</mml:mi><mml:mo>&#8289;</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
        respectively, their ranks do not change because the logarithm is
        strictly increasing. Therefore neither the pseudo-observations
        nor the empirical copula changes.</p>
      </def>
    </def-item>
    <def-item>
      <term>(d)</term>
      <def>
        <p>Direct counting yields <disp-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[C_n(0.5,0.5)=\frac{13}{30}=0.4333,
         \quad
         C_n(0.8,0.8)=\frac{23}{30}=0.7667,
         \quad
         C_n(0.9,0.9)=\frac{25}{30}=0.8333.]]></tex-math>
        <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>0.5</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0.5</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>13</mml:mn><mml:mn>30</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.4333</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1.0em"></mml:mspace><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>0.8</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0.8</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>23</mml:mn><mml:mn>30</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.7667</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1.0em"></mml:mspace><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>0.9</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0.9</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>25</mml:mn><mml:mn>30</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.8333</mml:mn><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
        Under independence, the corresponding values are
        <disp-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\Pi(0.5,0.5)=0.25,\qquad
         \Pi(0.8,0.8)=0.64,\qquad
         \Pi(0.9,0.9)=0.81.]]></tex-math>
        <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Π</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>0.5</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0.5</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.25</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:mi mathvariant="normal">Π</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>0.8</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0.8</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.64</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:mi mathvariant="normal">Π</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>0.9</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0.9</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.81</mml:mn><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
        The empirical copula exceeds the independence copula at all
        three selected points, which is consistent with positive
        quadrant dependence in the sample. The comparison at
        <inline-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[(0.9,0.9)]]></tex-math>
        <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>0.9</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0.9</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
        must be interpreted cautiously: with only 30 observations, very
        few data points concern the most extreme part of the unit
        square.</p>
      </def>
    </def-item>
    <def-item>
      <term>(e)</term>
      <def>
        <p>Inversion of the stated Kendall-tau relationships gives
        <disp-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\widehat\rho_{\tau}
         =\sin\left(\frac{\pi\widehat\tau}{2}\right)
         =0.7645,]]></tex-math>
        <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo accent="true">̂</mml:mo></mml:mover><mml:mi>τ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">sin</mml:mi><mml:mo>&#8289;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true" form="prefix">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi><mml:mover><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo accent="true">̂</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true" form="postfix">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.7645</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
        and <disp-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\widehat\theta_{\tau}
         =\frac{1}{1-\widehat\tau}
         =2.2423.]]></tex-math>
        <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo accent="true">̂</mml:mo></mml:mover><mml:mi>τ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mover><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo accent="true">̂</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2.2423</mml:mn><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
        Thus both copulas are fitted to the same global rank-dependence
        summary.</p>
      </def>
    </def-item>
    <def-item>
      <term>(f)</term>
      <def>
        <p>Maximizing the rank-based pseudo-log-likelihood gives,
        numerically, <disp-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\widehat{\rho}_{\mathrm{MPL}}=0.7707,
        \qquad
        \widehat{\theta}_{\mathrm{MPL}}=2.2446.]]></tex-math>
        <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo accent="true">̂</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.7707</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:msub><mml:mover><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo accent="true">̂</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2.2446</mml:mn><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
        At their respective maxima, the pseudo-log-likelihood values are
        approximately <disp-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\ell_{\mathrm{Gauss}}=11.4359,
        \qquad
        \ell_{\mathrm{Gumbel}}=12.1508.]]></tex-math>
        <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>ℓ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">G</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>11.4359</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:msub><mml:mi>ℓ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">G</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>12.1508</mml:mn><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
        The two estimation methods give broadly similar dependence
        levels. For this sample, the fitted Gumbel copula has the larger
        maximized pseudo-log-likelihood. This comparison is descriptive;
        with <inline-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[n=30]]></tex-math>
        <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>30</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
        it should not be interpreted as decisive evidence for an
        upper-tail-dependent model.</p>
      </def>
    </def-item>
    <def-item>
      <term>(g)</term>
      <def>
        <p>For every Gaussian copula with <inline-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[|\rho|<1]]></tex-math>
        <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false" form="prefix">|</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="prefix">|</mml:mo><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
        <disp-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\lambda_L=\lambda_U=0.]]></tex-math>
        <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>L</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
        For a Gumbel copula, <disp-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\lambda_L=0,
         \qquad
         \lambda_U=2-2^{1/\theta}.]]></tex-math>
        <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>L</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2.0em"></mml:mspace><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>/</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
        Using the maximum-pseudolikelihood estimate yields
        <disp-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\widehat{\lambda}_U
        =
        2-2^{1/\widehat{\theta}_{\mathrm{MPL}}}
        =
        2-2^{1/2.2446}
        \approx0.6382.]]></tex-math>
        <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mo accent="true">̂</mml:mo></mml:mover><mml:mi>U</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>/</mml:mi><mml:msub><mml:mover><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo accent="true">̂</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>/</mml:mi><mml:mn>2.2446</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mn>0.6382</mml:mn><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
        Using the inversion-of-tau estimate instead gives
        <disp-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[2-2^{1/2.2423}\approx0.6378.]]></tex-math>
        <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>/</mml:mi><mml:mn>2.2423</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mn>0.6378</mml:mn><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula></p>
        <p>Hence the Gaussian and Gumbel copulas can describe broadly
        comparable ordinary rank association while making different
        assertions about extreme events. The Gaussian copula is
        asymptotically tail independent: as the threshold tends to one,
        joint exceedances become negligible relative to a marginal
        exceedance. The Gumbel copula retains positive upper-tail
        dependence.</p>
      </def>
    </def-item>
    <def-item>
      <term>(h)</term>
      <def>
        <p>The pseudo-observations show a broadly increasing cloud
        rather than a concentration exactly on the diagonal. Both fitted
        families capture this central positive association reasonably
        well. The Gumbel copula is substantively attractive when joint
        high rainfall and high runoff are the principal scientific
        concern because it permits upper-tail dependence. Moreover, for
        this sample its maximized pseudo-log-likelihood,
        <inline-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\ell_{\mathrm{Gumbel}}=12.1508,]]></tex-math>
        <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>ℓ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">G</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>12.1508</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
        is slightly larger than that of the Gaussian copula,
        <inline-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\ell_{\mathrm{Gauss}}=11.4359.]]></tex-math>
        <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>ℓ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">G</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>11.4359</mml:mn><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
        Thus the Gumbel copula is the preferred model among these two
        fitted families on this descriptive criterion. Nevertheless,
        with only <inline-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[n=30]]></tex-math>
        <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>30</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
        observations, the data provide limited information in the
        extreme upper-right corner of the unit square. The preference
        for Gumbel should therefore be interpreted cautiously and not as
        conclusive evidence of asymptotic upper-tail dependence.</p>
      </def>
    </def-item>
    <def-item>
      <term>(i)</term>
      <def>
        <p>For <inline-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[q=0.90]]></tex-math>
        <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.90</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
        the fitted-copula estimates are <disp-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\widehat p_{\mathrm{Gauss}}
        =
        1-2q+C_{\widehat{\rho}_{\mathrm{MPL}}}(q,q)
        \approx0.0532,]]></tex-math>
        <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo accent="true">̂</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">G</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:msub><mml:mover><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo accent="true">̂</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mn>0.0532</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
        and <disp-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[\widehat p_{\mathrm{Gumbel}}
        =
        1-2q+C_{\widehat{\theta}_{\mathrm{MPL}}}(q,q)
        \approx0.0663.]]></tex-math>
        <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo accent="true">̂</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">G</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:msub><mml:mover><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo accent="true">̂</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:msub><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mn>0.0663</mml:mn><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
        Both are substantially greater than the independence benchmark
        <disp-formula><alternatives>
        <tex-math><![CDATA[0.10^2=0.01.]]></tex-math>
        <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>0.10</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.01</mml:mn><mml:mi>.</mml:mi></mml:mrow></mml:math></alternatives></disp-formula>
        The Gumbel copula gives the larger estimated probability of
        coincident high rainfall and high runoff. Its distinction from
        the Gaussian copula becomes still more consequential when
        extrapolating to more extreme thresholds, because it has
        positive upper-tail dependence whereas the Gaussian copula is
        asymptotically tail independent.</p>
      </def>
    </def-item>
  </def-list>
  <p><italic>Mathematica code snippets.</italic> The code below
  reproduces the calculations. It is written using elementary built-in
  functions. Numerical optimization is restricted to the interior of the
  parameter spaces because the copula densities are singular or
  problematic at the boundaries.</p>
  <preformat>(* --------------------------------------------------------------- *)
(* 1. Data, scatterplots, ranks, and pseudo-observations           *)
(* --------------------------------------------------------------- *)
data = {
  {34.7, 64.1}, {26.8, 19.1}, {42.1, 71.1}, {12.9, 27.3},
  {20.1, 24.8}, {73.5, 88.3}, {111.9, 119.3}, {15.7, 26.9},
  {14.0, 10.6}, {37.9, 58.3}, {114.2, 105.0}, {15.5, 17.5},
  {14.5, 21.5}, {33.3, 42.0}, {21.1, 13.1}, {38.1, 45.6},
  {20.3, 41.3}, {19.1, 22.8}, {45.6, 39.2}, {23.8, 22.9},
  {35.6, 58.1}, {50.8, 20.3}, {97.4, 87.7}, {57.2, 117.8},
  {34.0, 17.2}, {16.9, 33.9}, {13.1, 11.5}, {27.6, 17.4},
  {40.3, 110.0}, {33.6, 42.5}
  };

{x, y} = Transpose[data];
n = Length[data];

ListPlot[data, Frame -&gt; True, PlotRange -&gt; All,
 FrameLabel -&gt; {&quot;rainfall (mm)&quot;, &quot;runoff (10^3 m^3)&quot;},
 PlotStyle -&gt; Directive[Blue, PointSize[0.016]]]

(* Because there are no ties, Ordering[Ordering[...]] gives ranks. *)
rX = Ordering[Ordering[x]];
rY = Ordering[Ordering[y]];
u = N[rX/(n + 1)];
v = N[rY/(n + 1)];
uv = Transpose[{u, v}];

ListPlot[uv, Frame -&gt; True, AspectRatio -&gt; 1,
 FrameLabel -&gt; {&quot;u&quot;, &quot;v&quot;}, PlotRange -&gt; {{0, 1}, {0, 1}},
 PlotStyle -&gt; Directive[Red, PointSize[0.016]]]</preformat>
  <preformat>(* --------------------------------------------------------------- *)
(* 2. Pearson correlation, Spearman rho, and Kendall tau           *)
(* --------------------------------------------------------------- *)
rPearson = Correlation[x, y];

(* Spearman rho, valid because there are no ties. *)
rhoSHat = 1 - 6 Total[(rX - rY)^2]/(n (n^2 - 1));

(* Kendall tau: concordant minus discordant pairs, divided by n choose 2. *)
pairs = Subsets[Range[n], {2}];
tauHat = Total[Sign[(x[[#[[1]]]] - x[[#[[2]]]])*
                     (y[[#[[1]]]] - y[[#[[2]]]])] &amp; /@ pairs]/Binomial[n, 2];

N[{rPearson, tauHat, rhoSHat}]
(* {0.794774, 0.554023, 0.733927} *)</preformat>
  <preformat>(* --------------------------------------------------------------- *)
(* 3. Empirical copula and inversion of Kendall's tau               *)
(* --------------------------------------------------------------- *)
empCopula[a_?NumericQ, b_?NumericQ] := 
  Total[
    Boole[#1 &lt;= a &amp;&amp; #2 &lt;= b] &amp; @@@ Transpose[{u, v}]
  ]/n;

N[empCopula @@@ {{.5, .5}, {.8, .8}, {.9, .9}}]
(* {0.433333, 0.766667, 0.833333} *)

rhoTau = Sin[Pi tauHat/2];
thetaTau = 1/(1 - tauHat);
N[{rhoTau, thetaTau}]
(* {0.764495, 2.24227} *)</preformat>
  <preformat>(* --------------------------------------------------------------- *)
(* 4. Copula densities and maximum pseudolikelihood                *)
(* --------------------------------------------------------------- *)
gaussianDensity[uu_?NumericQ, vv_?NumericQ, rho_?NumericQ] :=
 Module[{a, b},
  a = InverseCDF[NormalDistribution[], uu];
  b = InverseCDF[NormalDistribution[], vv];
  Exp[(2 rho a b - rho^2 (a^2 + b^2))/(2 (1 - rho^2))]/
   Sqrt[1 - rho^2]
  ];

gumbelDensity[uu_?NumericQ, vv_?NumericQ, theta_?NumericQ] :=
 Module[{a, b, s, t},
  a = -Log[uu];
  b = -Log[vv];
  s = a^theta + b^theta;
  t = s^(1/theta);
  Exp[-t] (a b)^(theta - 1) s^(1/theta - 2) (t + theta - 1)/(uu vv)
  ];

logLikGaussian[rho_?NumericQ] :=
 Total[Log[gaussianDensity[#[[1]], #[[2]], rho]] &amp; /@ uv];

logLikGumbel[theta_?NumericQ] :=
 Total[Log[gumbelDensity[#[[1]], #[[2]], theta]] &amp; /@ uv];

fitGaussian = FindMaximum[
 {logLikGaussian[rho], -.999 &lt; rho &lt; .999}, {rho, rhoTau}];

fitGumbel = FindMaximum[
 {logLikGumbel[theta], 1.000001 &lt; theta &lt; 20}, {theta, thetaTau}];

N[{fitGaussian, fitGumbel}]
(* {{11.4359, {rho -&gt; 0.770723}},
    {12.1508, {theta -&gt; 2.24462}}} *)</preformat>
  <preformat>(* --------------------------------------------------------------- *)
(* 5. Tail dependence and fitted joint exceedance probability       *)
(* --------------------------------------------------------------- *)
rhoMPL = rho /. Last[fitGaussian];
thetaMPL = theta /. Last[fitGumbel];

lambdaLGaussian = 0;
lambdaUGaussian = 0;
lambdaLGumbel = 0;
lambdaUGumbel = 2 - 2^(1/thetaMPL);
N[lambdaUGumbel]
(* 0.638205 *)

gaussianCopula[q_?NumericQ, rho_?NumericQ] := CDF[
 MultinormalDistribution[{0, 0}, {{1, rho}, {rho, 1}}],
 {InverseCDF[NormalDistribution[], q],
  InverseCDF[NormalDistribution[], q]}];

gumbelCopula[q_?NumericQ, theta_?NumericQ] :=
 Exp[-(2 (-Log[q])^theta)^(1/theta)];

q = .90;
pGauss = 1 - 2 q + gaussianCopula[q, rhoMPL];
pGumbel = 1 - 2 q + gumbelCopula[q, thetaMPL];
N[{pGauss, pGumbel}]
(* {0.053241, 0.0663387} *)</preformat>
  <p>Note that the population data-generating mechanism used to create
  this teaching sample was a Gumbel copula with
  <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[\theta_0=2.5]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2.5</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
  for which <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[\tau_0=0.60]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.60</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>
  and <inline-formula><alternatives>
  <tex-math><![CDATA[\lambda_U=2-2^{1/2.5}\approx0.68]]></tex-math>
  <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>/</mml:mi><mml:mn>2.5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mn>0.68</mml:mn></mml:mrow></mml:math></alternatives></inline-formula>,
  combined with lognormal margins. The realized sample need not
  reproduce the generating parameter exactly; in fact, its moderate size
  is useful for illustrating sampling variation and the limits of
  tail-dependence inference from a small dataset.</p>
</sec>
<sec sec-type="data-availability">
<title>Data and code availability</title>
<p>All code and data are openly available at the submitted reproducibility bundle. Running `Mathematica code` regenerates the reported results.</p>
</sec>
</body>
<back><ref-list><ref id="ref1"><mixed-citation>Casella, G., &amp; Berger, R. L. (2002). Statistical inference (2nd ed.). Duxbury.</mixed-citation></ref><ref id="ref2"><element-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Genest</surname><given-names>Christian</given-names></name><name><surname>Favre</surname><given-names>Anne-Catherine</given-names></name></person-group><article-title>Everything You Always Wanted to Know about Copula Modeling but Were Afraid to Ask</article-title><source>Journal of Hydrologic Engineering</source><year>2007</year><volume>12</volume><issue>4</issue><fpage>347</fpage><lpage>368</lpage><publisher-name>American Society of Civil Engineers (ASCE)</publisher-name><pub-id pub-id-type="doi">10.1061/(asce)1084-0699(2007)12:4(347)</pub-id></element-citation></ref><ref id="ref3"><element-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Joe</surname><given-names>Harry</given-names></name></person-group><article-title>Multivariate Models and Multivariate Dependence Concepts</article-title><year>1997</year><publisher-name>Chapman and Hall/CRC</publisher-name><pub-id pub-id-type="doi">10.1201/9780367803896</pub-id></element-citation></ref><ref id="ref4"><element-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Nelsen</surname><given-names>Roger B.</given-names></name></person-group><article-title>An Introduction to Copulas</article-title><source>Lecture Notes in Statistics</source><year>1999</year><publisher-name>Springer New York</publisher-name><pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-1-4757-3076-0</pub-id></element-citation></ref><ref id="ref5"><mixed-citation>Salmon, F. (2009). Recipe for disaster: The formula that killed wall street. Wired, 17(3).</mixed-citation></ref><ref id="ref6"><mixed-citation>Sklar, A. (1959). Fonctions de répartition à nn dimensions et leurs marges. Publications de l’Institut de Statistique de l’Université de Paris, 8, 229–231.</mixed-citation></ref></ref-list>
<ref-list>
  <title>References</title>
  <ref id="ref-CasellaBerger2002">
    <mixed-citation>Casella, G., &amp; Berger, R. L. (2002).
    <italic>Statistical inference</italic> (2nd ed.).
    Duxbury.</mixed-citation>
  </ref>
  <ref id="ref-GenestFavre2007">
    <mixed-citation>Genest, C., &amp; Favre, A.-C. (2007). Everything
    you always wanted to know about copula modeling but were afraid to
    ask. <italic>Journal of Hydrologic Engineering</italic>,
    <italic>12</italic>(4), 347–368.</mixed-citation>
  </ref>
  <ref id="ref-Joe1997">
    <mixed-citation>Joe, H. (1997). <italic>Multivariate models and
    dependence concepts</italic>. Chapman; Hall.</mixed-citation>
  </ref>
  <ref id="ref-Nelsen1999">
    <mixed-citation>Nelsen, R. B. (1999). <italic>An introduction to
    copulas</italic>. Springer.</mixed-citation>
  </ref>
  <ref id="ref-Salmon2009">
    <mixed-citation>Salmon, F. (2009). Recipe for disaster: The formula
    that killed wall street. <italic>Wired</italic>,
    <italic>17</italic>(3).</mixed-citation>
  </ref>
  <ref id="ref-Sklar1959">
    <mixed-citation>Sklar, A. (1959). Fonctions de répartition
    <named-content content-type="nocase">à</named-content>
    <inline-formula><alternatives>
    <tex-math><![CDATA[n]]></tex-math>
    <mml:math display="inline" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>n</mml:mi></mml:math></alternatives></inline-formula>
    dimensions et leurs marges. <italic>Publications de l’Institut de
    Statistique de l’Université de Paris</italic>, <italic>8</italic>,
    229–231.</mixed-citation>
  </ref>
</ref-list>
</back>
</article>
