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01234€2 000FV = ?

你以名义年利率 3.6% 投资 €2 000,按月复利。求 4 年后的投资价值 FV。

PV = €2 0003.6% / 12n = 4
FV = €
2.货币的时间价值困难
月0123…216€100€100€100FV = ?

你在 18 年内每月月末存入 €100。账户年利率 6%,按月复利。期末共存了多少?求 FV。

A = €1006% / 12N = 216
FV = €
3.NPV 与 IRR中等
年0123…8−30 0005 5005 5005 50013 000

一台机器今天花费 €30 000。它在 8 年内每年年末产生 €5 500,之后可以以 €7 500 出售。资本成本为 12%。求净现值 NPV。

C0 = €30 000CF = €5 500S = €7 500n = 8r = 12%
NPV = €
4.NPV 与 IRR困难
年0123−50 00036 00017 50034 000

某项目投入 €50 000,在第 1 年至第 3 年年末每年回收 €36 000, €17 500, €34 000。求其内部收益率 IRR(百分数)。

CF0 = −50 000CF1 = 36 000CF2 = 17 500CF3 = 34 000
IRR = %
5.债券定价与收益率中等
半年0123…16€30€30€30 + €1 000P = ?

一张面值为 €1 000 的债券,年票面利率为 6%,每半年付息一次,8 年后到期。到期收益率为每年 7%。 求该债券的价格 P。

F = €1 000票面利率 = 6%YTM = 7%n = 8
P = €
6.债券定价与收益率困难
年0123…8€885€60€60 + €1 000

一张面值为 €1 000、年票面利率为 6% 的债券 8 年后到期,售价为 €885。求其到期收益率 YTM,以百分比表示。

F = €1 000票面利率 = 6%n = 8P = €885
YTM = %
7.CAPM 与 WACC中等
βr (%)SMLrf​ = 1.5%β = 1rm​ = ?β = 1.25re​ = 7.75%

一只贝塔为 1.25 的股票要求回报为 7.75%。无风险利率为 1.5%。CAPM 隐含的预期市场回报 rm 是多少?

β = 1.25re = 7.75%rf = 1.5%
rm = %
8.CAPM 与 WACC困难
WACC = ?所有者权益5 000 000 × €26.00β = 1.1rf​ = 1%, rm​ = 5.5%债务10 000 × €1 020rd​ = 4%T = 30%

某公司有5 000 000 股、每股 €26.00 的股票,以及 10 000 张、每张市价 €1 020 的债券。税前债务成本为 4%,税率为 30%。股票的 β 系数为 1.1,无风险利率为 1%,市场回报率为 5.5%。求 WACC。

β = 1.1rf = 1%rm = 5.5%rd = 4%T = 30%
WACC = %
9.描述统计中等
152025303540455055

求数据的样本标准差 s:39, 50, 14, 48, 58。

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 170,标准差为 12。数值高于 146 的比例 P 是多少?

μ = 170σ = 12x = 146
P =
11.概率中等
xp(x)00.2520.340.160.35μ = 3.1

对图中的分布,求 X 的标准差 σ。

x: 0, 2, 4, 6p(x): 0.25, 0.3, 0.1, 0.35
σ =
12.概率困难
xp(x)00.3510.320.35μ

X 的分布如图所示,Y = 0.5X + 20。求 Y 的标准差 σY。

x: 0, 1, 2p(x): 0.35, 0.3, 0.35Y = 0.5X + 20
σY =
13.正态分布中等
164.35190.95P = ?

成年男性的身高服从正态分布,均值为 178 cm,标准差为 7 cm。介于 164.35 和 190.95 cm 之间的比例是多少?P 以小数表示。

μ = 178σ = 7x1 = 164.35x2 = 190.95
P =
14.正态分布困难
0.05 mm0D − d?

孔径 D 服从均值 25.05 mm、标准差 0.01 mm 的正态分布。轴径 d 独立,服从均值 25 mm、标准差 0.02 mm 的正态分布。随机选取的一根轴在 D − d > 0 时能装入。求它能装入的概率 P。z 取两位小数。

孔: μ = 25.05 mm, σ = 0.01 mm轴: μ = 25 mm, σ = 0.02 mm
P =
15.置信区间中等
μ₁ − μ₂0LUx̄₁ − x̄₂E = ?99%

比较两种手机型号的电池续航时间。型号 1:50 部手机,均值 124.5 h,已知标准差 5 h。型号 2:80 部手机,均值 124 h,已知标准差 16 h。 求 μ₁ − μ₂ 的 99% 置信区间的误差范围 E。

n₁ = 50x̄₁ = 124.5 hσ₁ = 5 hn₂ = 80x̄₂ = 124 hσ₂ = 16 h99%
E = h
16.置信区间困难
σ = 34, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 599%

总体标准差为 34。样本量 n 至少要多大,才能使均值的 99% 置信区间的误差范围不超过 5?

σ = 34E = 599%
n =
17.假设检验与置信区间中等
−2.12.1p = ?

据称某总体的均值为 100;已知总体标准差为 10。一个含 25 个观测值的随机样本均值为 104.2。检验 H₀: μ = 100 对 H₁: μ ≠ 100。求 p 值 p。

μ₀ = 100σ = 10n = 25x̄ = 104.2H₁: μ ≠ μ₀
p =
18.假设检验与置信区间困难
μ₀x̄c

在 α = 0.01 下,用容量为 100 的样本对 H₀: μ = 100 与 H₁: μ < 100 进行单侧 z 检验;已知标准差为 20。实际上均值为 92。 求该检验的功效 1 − β,以百分比表示。

μ₀ = 100μ = 92σ = 20n = 100α = 0.01
1 − β = %
19.线性回归与相关中等
xy127226325419516617xy2462025

表中给出 6 对观测值 x = 车龄(年) 和 y = 价格 (k€)。 已给出它们的各项和。由这些和求皮尔逊相关系数 r。

n = 6Σx = 21Σy = 130Σx² = 91Σy² = 2936Σxy = 412
r =
20.线性回归与相关困难
xy120220318415512xy241520ŷ = 16

表中给出 5 对观测值 x = 车龄(年) 和 y = 价格 (k€)。 使用最小二乘直线 ŷ = a + b·x。 x 取何值 x 时,直线预测 ŷ = 16?

n = 5ŷ = 16
x =

3溶液

1.货币的时间价值

答案: FV = 2309 €

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 = r/m = 0.036000000000000004/12 = 0.003
N = m·n = 12·4 = 48

终值

FV = 2 000·(1 + 0.003)48 = 2 000·1.155 = €2 309.27

答案

FV = €2 309.27
2.货币的时间价值

答案: FV = 38735 €

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 = 0.06/12 = 0.005
N = 12·18 = 216

存款的终值

FV = A·((1 + i)N − 1)/i = 100·(2.937 − 1)/0.005 = €38 735.32

答案

FV = €38 735.32

你自己存入了 €21 600;其余是利息。

3.NPV 与 IRR

答案: NPV = 351.1 €

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

5 500·4.968 = 27 322.02

残值的现值

7 500/2.476 = 3 029.12

NPV

NPV = −30 000 + 27 322.02 + 3 029.12 = €351.14

答案

NPV = €351.14
4.NPV 与 IRR

答案: IRR = 35.14 %

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。

夹逼 IRR

利率上升时 NPV 下降,所以 IRR 介于 NPV 为正的利率和 NPV 为负的利率之间。

NPV(35%) = 87.89
NPV(40%) = −2 966.47

缩小范围

线性插值给出初步估计;反复插值(或使用计算器的 IRR 功能)可得到精确利率。

IRR ≈ 35 + 5·87.89/(87.89 − (−2 966.47)) = 35.14%
精确: NPV(35.14%) = 0 → IRR = 35.14%

答案

IRR = 35.14%
5.债券定价与收益率

答案: P = 939.5 €

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。

每期

C = €30.00, i = 0.035, N = 16

票息的现值

€30.00·(1 − 0.5767)/0.035 = €362.82

面值的现值

€1 000·0.5767 = €576.71

价格

P = €939.53

答案

P = €939.53

收益率高于票面利率,所以债券折价出售。

6.债券定价与收益率

答案: YTM = 8.001 %

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

€885 = €60·(1 − (1 + y)⁻⁸)/y + €1 000/(1 + y)⁸

数值求解

P(8%) = €885.07, P(9%) = €833.96
YTM = 8.001%

答案

YTM = 8.001%
7.CAPM 与 WACC

答案: rm = 6.5 %

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)。

市场风险溢价

rm − rf = (7.75% − 1.5%)/1.25 = 5%

市场回报

rm = 1.5% + 5% = 6.5%

答案

rm = 6.5%
8.CAPM 与 WACC

答案: WACC = 5.721 %

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 = 5 000 000·€26.00 = €130 000 000
D = 10 000·€1 020 = €10 200 000

股权成本(CAPM)

re = 1% + 1.1·4.5% = 5.95%

权重

V = €140 200 000, E/V = 0.9272, D/V = 0.07275

WACC

WACC = 0.9272·5.95% + 0.07275·4%·(1 − 0.3) = 5.721%

答案

WACC = 5.721%
9.描述统计

答案: s = 16.95

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 = 209/5 = 41.8

离差平方

Σ(x − x̄)² = (−2.8)² + 8.2² + (−27.8)² + 6.2² + 16.2² = 1149

标准差

s = √(1149/4) = 16.95

答案

s = 16.95
10.描述统计

答案: P = 0.9772

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 = 1 − 0.02275 = 0.9772

答案

P = 0.9772
11.概率

答案: σ = 2.406

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 = 0·0.25 + 2·0.3 + 4·0.1 + 6·0.35 = 3.1

平方的均值

E(X²) = 0·0.25 + 4·0.3 + 16·0.1 + 36·0.35 = 15.4

方差

Var(X) = 15.4 − 3.1² = 5.79
σ = √5.79 = 2.406

答案

σ = 2.406
12.概率

答案: σY = 0.4183

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。

X 的离散程度

μ = 1, Var(X) = 0.7, σX = 0.8367

线性变换

σY = |0.5|·0.8367 = 0.4183

答案

σY = 0.4183

均值确实会改变:E(Y) = 0.5·1 + 20 = 20.5。

13.正态分布

答案: P = 0.9423

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 = (164.35 − 178)/7 = −1.95
z₂ = (190.95 − 178)/7 = 1.85

中间面积

P = Φ(1.85) − Φ(−1.95) = 0.9678 − 0.02559 = 0.9423

答案

P = 0.9423
14.正态分布

答案: P = 0.9875

正态变量的和与差:若 X 和 Y 相互独立且服从正态分布,则 X + Y 与 X − Y 也服从正态分布。均值相加或相减:E(X ± Y) = μX ± μY。方差总是相加,差也是如此:Var(X ± Y) = σX² + σY²,所以 σ = √(σX² + σY²)。标准差从不直接相加。n 个独立同分布项的总和,均值为 n·μ,标准差为 σ·√n。然后照常标准化:z = (x − 均值)/σ,再查 Φ(z)。

差的分布

μ = 25.05 − 25 = 0.05 mm, σ = 0.02236 mm

标准化

z = (0 − 0.05)/0.02236 = −2.24

概率

P = 1 − Φ(−2.24) = 0.9875

答案

P = 0.9875
15.置信区间

答案: E = 4.955 h

Interval for a difference: estimate ± critical value × standard error. For two independent means with known σ: SE = √(σ₁²/n₁ + σ₂²/n₂) and z. With equal unknown variances: pooled s_p and t with n₁ + n₂ − 2 degrees of freedom. For paired data, work with the differences: d̄ ± t·s_d/√n.

点估计

x̄₁ − x̄₂ = 124.5 − 124 = 0.5

标准误

SE = √(5²/50 + 16²/80) = 1.924

误差范围

E = 2.576·1.924 = 4.955

答案

E = 4.955 h

区间包含 0,所以数据没有显示出显著差异。

16.置信区间

答案: n = 307

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。

解出 n

n = (2.576·34/5)² = 306.8

向上取整

样本量是整数,向下取整会使误差范围过大。

n = 307

答案

n = 307
17.假设检验与置信区间

答案: p = 0.03573

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.

检验统计量

SE = σ/√n = 10/√25 = 2
z = (104.2 − 100)/2 = 2.1

尾部面积

Φ(2.1) = 0.9821
1 − Φ(2.1) = 0.0179

p 值

p = 2·0.0179 = 0.03573

答案

p = 0.03573

p ≤ 0.05,所以在 5% 水平下拒绝 H₀。

18.假设检验与置信区间

答案: 1 − β = 95.29 %

检验功效:功效 = 1 − β,是 H₀ 为假时拒绝 H₀ 的概率。由 μ₀ 和 z_α 求出临界值 x̄c,再用真实均值计算落在 x̄c 以外的概率:z = (x̄c − μ)/(σ/√n)。

临界样本均值

SE = 20/√100 = 2
x̄c = 100 − 2.326·2 = 95.35

真实均值下的 z

z = (95.35 − 92)/2 = 1.674

功率

功效 = P(Z < 1.674) = 95.29%
1 − β = 95.29%

答案

1 − β = 95.29%
19.线性回归与相关

答案: r = −0.941

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。

中心化后的和

Sxy = 412 − 21·130/6 = −43
Sxx = 91 − 21²/6 = 17.5
Syy = 2936 − 130²/6 = 119.3

相关系数

r = −43/√(17.5·119.3) = −0.941

答案

r = −0.941
20.线性回归与相关

答案: x = 3.476

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 = 85/5 = 17

平方和与乘积和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −21

回归直线

b = −21/10 = −2.1
a = 17 − (−2.1)·3 = 23.3
ŷ = 23.3 − 2.1·x

解出 x

x = (16 − 23.3)/(−2.1) = 3.476

答案

x = 3.476

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