CFA Level I 定量方法与固定收益练习:速成包

公式表、每个专题的关键方法步骤和 20 道练习题,完整解答附在最后。

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1公式与方法

货币的时间价值

终值
FV = PV·(1 + i)n
现值
PV = FV/(1 + i)n
每年多个计息期
i = r/m, N = m·n
年金现值
PV = PMT·[1 − (1 + i)−n]/i
年金终值
FV = PMT·[(1 + i)n − 1]/i

方法

  1. 画出时间轴,标出每笔现金流及其发生时间。
  2. 利率要与计息期匹配:按月付款用月利率。
  3. 单笔金额用 FV = PV·(1 + i)ⁿ,等额付款用年金公式。
  4. 检查答案的符号和数量级。

NPV 与 IRR

净现值
NPV = −C0 + Σ CFt/(1 + r)t
等额现金流
NPV = −C0 + CF·[1 − (1 + r)−n]/r
内部收益率
使 NPV = 0 的 r
决策
NPV > 0(或 IRR > 要求收益率)时接受

方法

  1. 列出所有现金流及其年份;第 0 年的投资为负。
  2. 对每笔现金流折现:CFt/(1 + r)t。
  3. 求和得到 NPV。为正表示项目收益率高于 r。
  4. 求 IRR 时,用试算或插值找出使 NPV 为零的利率。

债券定价与收益率

债券价格
P = C·(1 − (1 + y)−n)/y + F/(1 + y)n
半年付息
C/2、y/2 和 2n 期
当期收益率
C/P
价格与收益率
收益率上升 → 价格下降

方法

  1. 求每期票息和每期收益率。
  2. 价格 = 票息的现值(年金)+ 面值的现值。
  3. 半年付息时,票息减半、收益率减半、期数加倍。
  4. 检验:若收益率高于票面利率,价格低于面值。

CAPM 与 WACC

CAPM
re = rf + β·(rm − rf)
WACC
E/V·re + D/V·rd·(1 − T)
企业价值
V = E + D

描述统计

平均数
x̄ = Σx/n
样本标准差
s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))
中位数
排序后数据的中间值
z 分数
z = (x − μ)/σ
正态分布
68% 落在 ±1σ 内,95% 落在 ±2σ 内

概率

补事件
P(not A) = 1 − P(A)
加法公式
P(A ∪ B) = P(A) + P(B) − P(A ∩ B)
独立事件
P(A ∩ B) = P(A)·P(B)
条件概率
P(A|B) = P(A ∩ B)/P(B)
二项分布
P(X = k) = C(n,k)·pk(1 − p)n−k

正态分布

z 分数
z = (x − μ)/σ
小于 x
P(X < x) = Φ(z)
大于 x
P(X > x) = 1 − Φ(z)
介于两者之间
Φ(z2) − Φ(z1)
百分位数
x = μ + z·σ

方法

  1. 把数值换算为 z 分数:z = (x − μ)/σ。
  2. 查 Φ(z),即 z 左侧的面积。
  3. 右侧面积用 1 − Φ(z);区间面积用两个左侧面积相减。
  4. 求百分位数时反向计算:先由面积求 z,再求 x = μ + z·σ。

置信区间

σ 已知
x̄ ± z·σ/√n
σ 未知
x̄ ± t·s/√n, df = n − 1
临界 z 值
90%: 1.645, 95%: 1.96, 99%: 2.576
样本量
n = (z·σ/E)², rounded up

方法

  1. 在 z(已知总体 σ)和 t(只有样本 s,自由度为 n − 1)之间作出选择。
  2. 求该置信水平下的临界值。
  3. 误差限:E = 临界值 × 标准差/√n。
  4. 区间:x̄ ± E。

假设检验与置信区间

均值的 z 检验
z = (x̄ − μ0)/(σ/√n)
均值的 t 检验
t = (x̄ − μ0)/(s/√n), df = n − 1
5% 双侧
若 |z| > 1.96 则拒绝 H0
置信区间
x̄ ± z·σ/√n

方法

  1. 写出 H₀ 和 H₁,并确定是单侧检验还是双侧检验。
  2. 计算检验统计量:(x̄ − μ₀)/(σ/√n),或者用 s 和 t。
  3. 与临界值比较,或求出 p 值。
  4. 若统计量超出临界值(p 小于 α),则拒绝 H₀,并用文字写出结论。

线性回归与相关

平方和
Sxx = Σ(x − x̄)² = Σx² − (Σx)²/n, Sxy = Σxy − ΣxΣy/n
斜率
b = Sxy/Sxx
截距
a = ȳ − b·x̄
相关系数
r = Sxy/√(SxxSyy)
残差
e = y − ŷ

2练习题

1.货币的时间价值中等
年0123…10PV = ?€10 000

你在 10 年后需要 €10 000。某账户年利率 4%,按月复利。今天需要存入多少?求现值 PV。

FV = €10 0004% / 12n = 10
PV = €
2.货币的时间价值困难
月0123…60€250€250€250FV = ?

你在 5 年内每月月末存入 €250。账户年利率 2.4%,按月复利。期末共存了多少?求 FV。

A = €2502.4% / 12N = 60
FV = €
3.NPV 与 IRR中等
年01234567−50 0009 0009 0009 0009 0009 0009 00021 500

一台机器今天花费 €50 000。它在 7 年内每年年末产生 €9 000,之后可以以 €12 500 出售。资本成本为 10%。求净现值 NPV。

C0 = €50 000CF = €9 000S = €12 500n = 7r = 10%
NPV = €
4.NPV 与 IRR困难
年012345−25 0006 5006 5006 5006 5006 500

一笔 €25 000 的投资在 5 年内每年年末回报 €6 500。求其内部收益率 IRR,以百分比表示。

C0 = €25 000CF = €6 500n = 5
IRR = %
5.债券定价与收益率中等

你在一只剩余期限为 11 年的债券(面值 €1 000,年票息 6%)到期收益率为 5% 时买入。一年后,刚收到第一笔票息,你在到期收益率为 6% 时把它卖出。求你的持有期收益率 HPR,以百分比表示。

F = €1 000票面利率 = 6%n = 11y0 = 5%y1 = 6%
HPR = %
6.债券定价与收益率困难
年01234€1 105€70€70€70 + €1 070

一只剩余期限为 17 年的债券(面值 €1 000,年票息 7%)售价 €1 105。发行人可在 4 年后以 €1 070 的赎回价格赎回。求赎回收益率 YTC,以百分比表示。

F = €1 000票面利率 = 7%P = €1 105赎回价格 = €1 070赎回时间 4 年
YTC = %
7.CAPM 与 WACC中等
WACC = ?普通股€10 000 000re​ = 14%优先股€500 000rp​ = 7%债务€4 000 000rd​ = 4%T = 30%

一家公司的融资由价值 €10 000 000 的普通股、价值 €500 000 的优先股和价值 €4 000 000 的债务构成。股权资本成本为 14%,优先股成本为 7%,税前债务成本为 4%。税率为 30%。求 WACC。

E = €10 000 000Ps = €500 000D = €4 000 000re = 14%rp = 7%rd = 4%T = 30%
WACC = %
8.CAPM 与 WACC困难
WACC = ?所有者权益2 000 000 × €46.50β = 1.3rf​ = 3%, rm​ = 8%债务10 000 × €1 000rd​ = 3.5%T = 25.8%

某公司有2 000 000 股、每股 €46.50 的股票,以及 10 000 张、每张市价 €1 000 的债券。税前债务成本为 3.5%,税率为 25.8%。股票的 β 系数为 1.3,无风险利率为 3%,市场回报率为 8%。求 WACC。

β = 1.3rf = 3%rm = 8%rd = 3.5%T = 25.8%
WACC = %
9.描述统计中等
152025303540455055

求数据的样本标准差 s:29, 15, 57, 39, 18。

n = 5
s =
10.描述统计困难
z −2−1012

某量服从正态分布,平均数为 60,标准差为 5。数值低于 50 的比例 P 是多少?

μ = 60σ = 5x = 50
P =
11.概率中等
xp(x)00.3520.240.2560.2μ = 2.6

对图中的分布,求 X 的标准差 σ。

x: 0, 2, 4, 6p(x): 0.35, 0.2, 0.25, 0.2
σ =
12.概率困难
n = 11, p = 0.25: P(X ≤ 1) = ?k01234567891011

测试 11 个元件,每个独立地以概率 0.25 失效。至多一个失效的概率 P 是多少?

n = 11p = 0.25
P =
13.正态分布中等
247.5257.5P = ?

袋装重量服从正态分布,均值为 250 g,标准差为 5 g。介于 247.5 和 257.5 g 之间的比例是多少?P 以小数表示。

μ = 250σ = 5x1 = 247.5x2 = 257.5
P =
14.正态分布困难
μ = 65x = ?90%

考试成绩服从正态分布,均值为 65 分,标准差为 10 分。求数值 x,使得有 90% 的数据低于它(第 90 百分位数)。

μ = 65σ = 10P = 90%
x = 分
15.置信区间中等
n = 20, s = 5L = ?Ux̄ = 101E95%

一个包含 20 个个体的样本,均值为 101,标准差 s = 5。总体近似服从正态分布。 求均值的 95% 置信区间的下限。

n = 20x̄ = 101s = 595%t(19) = 2.093
下限 =
16.置信区间困难
p ≈ 0.4, n = ?p̂ − Ep̂ + Ep̂E = 0.0595%

一项预研究表明,约有 0.4 的产品有缺陷。 必须检验多少件产品 n,才能使比例的 95% 置信区间的误差范围不超过 0.05?

p ≈ 0.4E = 0.0595%
n =
17.假设检验与置信区间中等
−2.0452.045t = ?df = 29

比较两种教学方法。第 1 组:16 名学生,平均分 107.5,标准差 8。第 2 组:15 名学生,平均分 98.8,标准差 7。假设总体方差相等,使用合并方差的两样本 t 检验。取差值为 x̄₁ − x̄₂(第 1 组减第 2 组),求 H₀: μ₁ = μ₂ 的检验统计量 t。

n₁ = 16x̄₁ = 107.5s₁ = 8n₂ = 15x̄₂ = 98.8s₂ = 7
t =
18.假设检验与置信区间困难
H₀H₁μ₀x̄cμ₀ + 2α = 0.05βσ = 7, 功效 80%, n = ?

在 α = 0.05 下的单侧 z 检验,必须以 80% 的功效检测出均值 2 个单位的偏移。标准差为 7。求最小样本量 n。

α = 0.05功效 = 80%δ = 2σ = 7zα = 1.645zβ = 0.842
n =
19.线性回归与相关中等
xy126223319417513xy24152025

表中给出 5 对观测值 x = 车龄(年) 和 y = 价格 (k€)。 求最小二乘直线的决定系数 r²。

n = 5
r² =
20.线性回归与相关困难
xy155264365471576683xy246607080x = 5.5

表中给出 6 对观测值 x = 学习小时数 和 y = 考试成绩。 使用最小二乘直线 ŷ = a + b·x。 预测 x = 5.5 时的 ŷ。

n = 6x = 5.5
ŷ =

3溶液

1.货币的时间价值

答案: PV = 6708 €

货币的时间价值:今天的钱比日后同样数额的钱更值钱,因为它能赚取利息。每期利率为 i 时,金额按 FV = PV·(1 + i)n 增长。一系列等额付款(年金)的价值是把每笔付款加起来,由此得到年金公式。

利率和期数

i = 0.04/12 = 0.003333
N = 12·10 = 120

现值

PV = FV/(1 + i)N = 10 000/1.491 = €6 707.66

答案

PV = €6 707.66
2.货币的时间价值

答案: FV = 15920 €

货币的时间价值:今天的钱比日后同样数额的钱更值钱,因为它能赚取利息。每期利率为 i 时,金额按 FV = PV·(1 + i)n 增长。一系列等额付款(年金)的价值是把每笔付款加起来,由此得到年金公式。

月利率和存款次数

i = 0.024/12 = 0.002
N = 12·5 = 60

存款的终值

FV = A·((1 + i)N − 1)/i = 250·(1.127 − 1)/0.002 = €15 920.22

答案

FV = €15 920.22

你自己存入了 €15 000;其余是利息。

3.NPV 与 IRR

答案: NPV = 230.2 €

净现值:以要求回报率 r 把每笔现金流折现到今天,然后相加:NPV = Σ CFₜ/(1 + r)ᵗ。NPV > 0 的项目收益高于 r,创造价值。内部收益率(IRR)是使 NPV = 0 的利率。

每年现金流的现值

9 000·4.868 = 43 815.77

残值的现值

12 500/1.949 = 6 414.48

NPV

NPV = −50 000 + 43 815.77 + 6 414.48 = €230.25

答案

NPV = €230.25
4.NPV 与 IRR

答案: IRR = 9.435 %

净现值:以要求回报率 r 把每笔现金流折现到今天,然后相加:NPV = Σ CFₜ/(1 + r)ᵗ。NPV > 0 的项目收益高于 r,创造价值。内部收益率(IRR)是使 NPV = 0 的利率。

所需的年金系数

(1 − (1 + i)−5)/i = 25 000/6 500 = 3.846

求利率

利率升高时年金系数下降;先确定利率所在区间,再逐步缩小。

i = 9%: 3.89
i = 10%: 3.791
IRR = 9.435%

答案

IRR = 9.435%
5.债券定价与收益率

答案: HPR = −2.13 %

债券定价:债券价格是其现金流按到期收益率(YTM)折现后的现值:各期票息构成一笔年金,面值在到期时偿还。P = C·(1 − (1 + y)⁻ⁿ)/y + F/(1 + y)ⁿ。收益率高于票面利率时,债券以低于面值的价格交易;反之则高于面值。

买入价

C = €60.00, i = 0.05, N = 11
€60.00·(1 − 0.5847)/0.05 + €1 000·0.5847 = €498.38 + €584.68 = €1 083.06

卖出价

C = €60.00, i = 0.06, N = 10
€60.00·(1 − 0.5584)/0.06 + €1 000·0.5584 = €441.61 + €558.39 = €1 000.00

持有期收益率

HPR = (60 + 1 000.00 − 1 083.06)/1 083.06 = −2.13%

答案

HPR = −2.13%
6.债券定价与收益率

答案: YTC = 5.607 %

债券定价:债券价格是其现金流按到期收益率(YTM)折现后的现值:各期票息构成一笔年金,面值在到期时偿还。P = C·(1 − (1 + y)⁻ⁿ)/y + F/(1 + y)ⁿ。收益率高于票面利率时,债券以低于面值的价格交易;反之则高于面值。

收益率方程

1105 = 70·(1 − (1 + y)−4)/y + 1070/(1 + y)4

数值求解

y = 5%: €1 128.51
y = 6%: €1 090.10
YTC = 5.607%

答案

YTC = 5.607%

到期收益率为 5.998%。溢价债券的投资者预期它会被赎回,所以较低的赎回收益率更符合实际。

7.CAPM 与 WACC

答案: WACC = 10.67 %

资本成本:CAPM 给出股东要求的回报率:re = rf + β·(rm − rf)。加权平均资本成本按市场价值对股权和债务加权:WACC = E/V·re + D/V·rd·(1 − T),其中 V = E + D。利息可在税前扣除,因此有 (1 − T)。

权重

V = 10 000 000 + 500 000 + 4 000 000 = €14 500 000
E/V = 0.6897, Ps/V = 0.03448, D/V = 0.2759

WACC

WACC = 0.6897·14% + 0.03448·7% + 0.2759·4%·(1 − 0.3) = 10.67%

答案

WACC = 10.67%
8.CAPM 与 WACC

答案: WACC = 8.83 %

资本成本:CAPM 给出股东要求的回报率:re = rf + β·(rm − rf)。加权平均资本成本按市场价值对股权和债务加权:WACC = E/V·re + D/V·rd·(1 − T),其中 V = E + D。利息可在税前扣除,因此有 (1 − T)。

市场价值

E = 2 000 000·€46.50 = €93 000 000
D = 10 000·€1 000 = €10 000 000

股权成本(CAPM)

re = 3% + 1.3·5% = 9.5%

权重

V = €103 000 000, E/V = 0.9029, D/V = 0.09709

WACC

WACC = 0.9029·9.5% + 0.09709·3.5%·(1 − 0.258) = 8.83%

答案

WACC = 8.83%
9.描述统计

答案: s = 17.08

描述统计:平均数是总和除以 n;中位数是排序后数据的中间值(n 为偶数时取中间两个数的平均)。样本标准差 s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))。z 分数 z = (x − μ)/σ 表示某个值离平均数多少个标准差。

平均数

x̄ = 158/5 = 31.6

离差平方

Σ(x − x̄)² = (−2.6)² + (−16.6)² + 25.4² + 7.4² + (−13.6)² = 1167

标准差

s = √(1167/4) = 17.08

答案

s = 17.08
10.描述统计

答案: P = 0.02275

描述统计:平均数是总和除以 n;中位数是排序后数据的中间值(n 为偶数时取中间两个数的平均)。样本标准差 s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))。z 分数 z = (x − μ)/σ 表示某个值离平均数多少个标准差。

标准化

z = −2

标准正态分布表

Φ(−2) = 0.02275
P = 0.02275

答案

P = 0.02275
11.概率

答案: σ = 2.289

离散随机变量:概率分布列出变量能取的每个值 x 及其概率 p(x);概率介于 0 和 1 之间,且总和为 1。期望值(均值)是 E(X) = Σx·p(x),即长期平均值。方差为 Var(X) = Σ(x − μ)²·p(x) = E(X²) − μ²,标准差为 σ = √Var(X)。对线性变换 Y = aX + b:E(Y) = a·E(X) + b,Var(Y) = a²·Var(X),σY = |a|·σX;加上常数不会改变离散程度。

平均数

μ = 0·0.35 + 2·0.2 + 4·0.25 + 6·0.2 = 2.6

平方的均值

E(X²) = 0·0.35 + 4·0.2 + 16·0.25 + 36·0.2 = 12

方差

Var(X) = 12 − 2.6² = 5.24
σ = √5.24 = 2.289

答案

σ = 2.289
12.概率

答案: P = 0.1971

概率:在等可能结果下,P(A) = 有利结果数/总数。独立事件相乘:P(A 且 B) = P(A)·P(B)。补事件常常有用:P(至少一个) = 1 − P(一个都没有)。二项分布:在 n 次独立试验中,成功概率为 p,P(X = k) = C(n, k)·pᵏ·(1 − p)ⁿ⁻ᵏ。

零个和一个失效

P(X = 0) = 0.7511 = 0.04224
P(X = 1) = 11·0.25·0.7510 = 0.1549

相加

P = 0.04224 + 0.1549 = 0.1971

答案

P = 0.1971
13.正态分布

答案: P = 0.6247

正态分布:把数值 x 换算成 z 分数 z = (x − μ)/σ,它表示离均值有多少个标准差。z 表(或 Φ(z))给出 z 左侧的面积,即 P(X < x)。右侧面积为 1 − Φ(z),两个值之间的面积等于它们左侧面积之差。

z 分数

z₁ = (247.5 − 250)/5 = −0.5
z₂ = (257.5 − 250)/5 = 1.5

中间面积

P = Φ(1.5) − Φ(−0.5) = 0.9332 − 0.3085 = 0.6247

答案

P = 0.6247
14.正态分布

答案: x = 77.82 分

正态分布:把数值 x 换算成 z 分数 z = (x − μ)/σ,它表示离均值有多少个标准差。z 表(或 Φ(z))给出 z 左侧的面积,即 P(X < x)。右侧面积为 1 − Φ(z),两个值之间的面积等于它们左侧面积之差。

该百分位数对应的 z

Φ(z) = 0.9 → z = 1.282

换算回 x

x = 65 + 1.282·10 = 77.82 分

答案

x = 77.82 分
15.置信区间

答案: 下限 = 98.66

均值的置信区间:x̄ ± 误差范围。总体 σ 已知时,误差范围为 z·σ/√n;只有样本标准差 s 时,用自由度为 n − 1 的 t:t·s/√n。临界值:z = 1.645(90%)、1.96(95%)、2.576(99%)。要使误差范围不超过 E,需要 n ≥ (z·σ/E)²,并向上取整。

临界值

df = n − 1 = 19, t = 2.093

误差范围

E = 2.093·5/√20 = 2.34

区间

101 ± 2.34 → [98.66, 103.3]

答案

下限 = 98.66
16.置信区间

答案: n = 369

Confidence interval for a proportion: p̂ ± z·√(p̂(1 − p̂)/n), where p̂ = x/n. To reach a margin E you need n ≥ z²·p(1 − p)/E², rounded up; without a prior estimate use p = 0.5, which gives the largest n.

解出 n

n = 1.96²·0.4·0.6/0.05² = 368.8

向上取整

n = 369

答案

n = 369
17.假设检验与置信区间

答案: t = 3.213

Hypothesis test: the test statistic = (estimate − value under H₀)/(standard error under H₀). The p-value is the probability, assuming H₀ is true, of a statistic at least as extreme as the one observed: the area in one tail for a one-sided H₁, twice the tail area for a two-sided H₁. Reject H₀ when p ≤ α.

合并方差

sp² = (15·8² + 14·7²)/29 = 56.76
sp = 7.534

标准误

SE = 7.534·√(1/16 + 1/15) = 2.708

检验统计量

t = (107.5 − 98.8)/2.708 = 3.213

答案

t = 3.213

df = 29 时,双侧 5% 的临界值为 2.045;|t| 更大,所以拒绝 H₀。

18.假设检验与置信区间

答案: n = 76

检验的样本量:在水平 α 下的单侧 z 检验中,要以功效 1 − β 检测出真实偏移 δ,标准误必须满足 δ = (z_α + z_β)·σ/√n,所以 n = ((z_α + z_β)·σ/δ)²,向上取整。

解出 n

n = ((1.645 + 0.842)·7/2)² = 75.77

向上取整

n = 76

答案

n = 76
19.线性回归与相关

答案: r² = 0.9922

最小二乘回归:设 x̄ 和 ȳ 为均值,Sxx = Σ(x − x̄)²,Syy = Σ(y − ȳ)²,Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ),则直线 ŷ = a + b·x 的斜率 b = Sxy/Sxx,截距 a = ȳ − b·x̄,因此它总是通过 (x̄, ȳ)。皮尔逊相关系数 r = Sxy/√(Sxx·Syy) 介于 −1 与 1 之间;r² 是 y 的变异中能被该直线解释的比例。

均值

x̄ = 15/5 = 3
ȳ = 98/5 = 19.6

平方和与乘积和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −32
Syy = Σ(y − ȳ)² = 103.2

决定系数

r² = −32²/(10·103.2) = 0.9922

答案

r² = 0.9922

y 的变异中约有 99.22% 可由该直线解释。

20.线性回归与相关

答案: ŷ = 79.4

最小二乘回归:设 x̄ 和 ȳ 为均值,Sxx = Σ(x − x̄)²,Syy = Σ(y − ȳ)²,Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ),则直线 ŷ = a + b·x 的斜率 b = Sxy/Sxx,截距 a = ȳ − b·x̄,因此它总是通过 (x̄, ȳ)。皮尔逊相关系数 r = Sxy/√(Sxx·Syy) 介于 −1 与 1 之间;r² 是 y 的变异中能被该直线解释的比例。

均值

x̄ = 21/6 = 3.5
ȳ = 414/6 = 69

平方和与乘积和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17.5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 91

回归直线

b = 91/17.5 = 5.2
a = 69 − 5.2·3.5 = 50.8
ŷ = 50.8 + 5.2·x

预测

ŷ = 50.8 + 5.2·5.5 = 79.4

答案

ŷ = 79.4

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