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…9PV = ?€5 000+2.5%+2.5%…r = 7.5%

一处房产预计明年获得 €5 000 的净租金。租金预计每年永久增长 2.5%。要求回报率为每年 7.5%。求该房产今天的价值 PV。

C1 = €5 000g = 2.5%r = 7.5%
PV = €
2.货币的时间价值困难
月0123…N = ?€20 000€400€400€400€4005.4% / 12

你以每年 5.4% 的利率借入 €20 000,按月复利,每月月末偿还 €400。需要多少个月才能还清贷款(最后一笔还款可以较少)?给出还款次数 N。

P = €20 000A = €4005.4% / 12
N = 次还款
3.NPV 与 IRR中等
年0123−40 00015 00015 00019 000

一台机器今天花费 €40 000。它在 3 年内每年年末产生 €15 000,之后可以以 €4 000 出售。资本成本为 12%。求净现值 NPV。

C0 = €40 000CF = €15 000S = €4 000n = 3r = 12%
NPV = €
4.NPV 与 IRR困难
年012−10 0007 0005 500

某项目投入 €10 000,在第 1 年至第 2 年年末每年回收 €7 000, €5 500。求其内部收益率 IRR(百分数)。

CF0 = −10 000CF1 = 7 000CF2 = 5 500
IRR = %
5.债券定价与收益率中等
半年0123…20€10€10€10 + €1 000P = ?

一张面值为 €1 000 的债券,年票面利率为 2%,每半年付息一次,10 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 = 2%YTM = 7%n = 10
P = €
6.债券定价与收益率困难
年0123…10€1 085€40€40 + €1 000

一张面值为 €1 000、年票面利率为 4% 的债券 10 年后到期,售价为 €1 085。求其到期收益率 YTM,以百分比表示。

F = €1 000票面利率 = 4%n = 10P = €1 085
YTM = %
7.CAPM 与 WACC中等
WACC = ?所有者权益€4 000 000re​ = 11%债务€1 000 000rd​ = 7%T = 21%

某公司有价值 €4 000 000 的股权和价值 €1 000 000 的债务。其股权成本为 11%,税前债务成本为 7%,税率为 21%。求 WACC。

E = €4 000 000D = €1 000 000re = 11%rd = 7%T = 21%
WACC = %
8.CAPM 与 WACC困难
WACC = ?所有者权益1 000 000 × €40.00D0​ = €2.50g = 3%债务€12 000 000rd​ = 6%T = 21%

一家公司有 1 000 000 股股票,股价为 €40.00;其股权账面价值为 €16 000 000。公司刚支付了每股 €2.50 的股利,股利每年增长 3%。其债务市场价值为 €12 000 000,税前成本为 6%。税率为 21%。用股利增长模型计算股权资本成本,求 WACC。

N = 1 000 000P0 = €40.00股权账面价值 = €16 000 000D0 = €2.50g = 3%D = €12 000 000rd = 6%T = 21%
WACC = %
9.描述统计中等
3540455055

求数据的样本标准差 s:50, 57, 50, 33, 50, 33, 52。

n = 7
s =
10.描述统计困难
z −2−1012

某量服从正态分布,平均数为 500,标准差为 40。数值高于 480 的比例 P 是多少?

μ = 500σ = 40x = 480
P =
11.概率中等
xp(x)00.3510.3520.3μ = 0.95

对图中的分布,求 X 的方差 Var(X)。

x: 0, 1, 2p(x): 0.35, 0.35, 0.3
Var(X) =
12.概率困难
n = 12, p = 0.7: P(X = 5) = ?k0123456789101112

一份测试有 12 道选择题。一名靠猜的学生每题答对的概率为 0.7,相互独立。恰好答对 5 题的概率 P 是多少?

n = 12p = 0.7k = 5
P =
13.正态分布中等
72 kg70 kgT = X₁ + … + X₆?

箱子的质量相互独立,服从均值 12 kg、标准差 0.8 kg 的正态分布。求其中 6 个的总质量超过 70 kg 的概率 P。z 取两位小数。

μ = 12 kgσ = 0.8 kgn = 6> 70 kg
P =
14.正态分布困难
10 g0X − Y?

1 号生产线产品的质量 X 与 2 号生产线产品的质量 Y相互独立且服从正态分布:X 的均值为 500 g,标准差为 8 g,Y 的均值为 490 g,标准差为 6 g。求 X 大于 Y 的概率 P。z 取两位小数。

μX = 500 g, σX = 8 gμY = 490 g, σY = 6 g
P =
15.置信区间中等
x̄E₁ = 4.495%, n = 50x̄E₂ = ?90%, n = 50

基于 50 个观测值且 σ 已知的均值 95% 置信区间,其误差范围为 4.4。 用同样的数据计算 90% 区间,其误差范围 E₂ 是多少?

95%n₁ = 50E₁ = 4.490%
E₂ =
16.置信区间困难
σ = 21, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 495%

总体标准差为 21。样本量 n 至少要多大,才能使均值的 95% 置信区间的误差范围不超过 4?

σ = 21E = 495%
n =
17.假设检验与置信区间中等
−2.2622.262t = ?df = 9

10 名员工在培训课程前后各参加一次打字测试。记录每人的差值 d = 培训后 − 培训前(每分钟字数)。平均差值为 −7.28,差值的标准差为 5.9。求 H₀: μd = 0 的配对检验统计量 t。

n = 10d̄ = −7.28sd = 5.9
t =
18.假设检验与置信区间困难
H₀H₁μ₀x̄cμ₀ + 2α = 0.01βσ = 7, 功效 90%, n = ?

在 α = 0.01 下的单侧 z 检验,必须以 90% 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 = 0.01功效 = 90%δ = 2σ = 7zα = 2.326zβ = 1.282
n =
19.线性回归与相关中等
xy252358466568678xy24650607080

表中给出 5 对观测值 x = 学习小时数 和 y = 考试成绩。 已给出它们的各项和。由这些和求皮尔逊相关系数 r。

n = 5Σx = 20Σy = 322Σx² = 90Σy² = 21132Σxy = 1350
r =
20.线性回归与相关困难
xy264176248331042xy5102040ŷ = 38

表中给出 5 对观测值 x = 荷载 (kN) 和 y = 伸长量 (mm)。 使用最小二乘直线 ŷ = a + b·x。 x 取何值 x 时,直线预测 ŷ = 38?

n = 5ŷ = 38
x =

3溶液

1.货币的时间价值

答案: PV = 100000 €

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。

增长型永续年金

PV = C1/(r − g) = 5 000/(0.075 − 0.025) = 5 000/0.05 = €100 000.00

答案

PV = €100 000.00
2.货币的时间价值

答案: N = 57 次还款

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。

将年金公式变形

i = 0.0045
(1 + i)−N = 1 − 20 000·0.0045/400 = 0.775

用对数求解

N = −ln(0.775)/ln(1.004) = 56.77

向上取整到整次还款

56 次全额还款后还剩少量余额,由最后一笔较少的还款还清。

N = 57

答案

N = 57 次还款
3.NPV 与 IRR

答案: NPV = −1125 €

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

15 000·2.402 = 36 027.47

残值的现值

4 000/1.405 = 2 847.12

NPV

NPV = −40 000 + 36 027.47 + 2 847.12 = −€1 125.41

答案

NPV = −€1 125.41
4.NPV 与 IRR

答案: IRR = 17.01 %

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(15%) = 245.75
NPV(20%) = −347.22

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 ≈ 15 + 5·245.75/(245.75 − (−347.22)) = 17.07%
精确: NPV(17.01%) = 0 → IRR = 17.01%

答案

IRR = 17.01%
5.债券定价与收益率

答案: P = 644.7 €

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 = €10.00, i = 0.035, N = 20

票息的现值

€10.00·(1 − 0.5026)/0.035 = €142.12

面值的现值

€1 000·0.5026 = €502.57

价格

P = €644.69

答案

P = €644.69

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 = 3.003 %

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

€1 085 = €40·(1 − (1 + y)⁻¹⁰)/y + €1 000/(1 + y)¹⁰

数值求解

P(3%) = €1 085.30, P(4%) = €1 000.00
YTM = 3.003%

答案

YTM = 3.003%
7.CAPM 与 WACC

答案: WACC = 9.906 %

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 = €5 000 000, E/V = 0.8, D/V = 0.2

WACC

WACC = 0.8·11% + 0.2·7%·(1 − 0.21) = 9.906%

答案

WACC = 9.906%
8.CAPM 与 WACC

答案: WACC = 8.353 %

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)。

股权成本

D1 = 2.5·1.03 = €2.58
re = 2.575/40 + 0.03 = 9.438%

市场价值

E = 1 000 000·€40.00 = €40 000 000
V = €52 000 000, E/V = 0.7692, D/V = 0.2308

WACC

WACC = 0.7692·9.438% + 0.2308·6%·(1 − 0.21) = 8.353%

答案

WACC = 8.353%
9.描述统计

答案: s = 9.502

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 = 325/7 = 46.43

离差平方

Σ(x − x̄)² = 3.571² + 10.57² + 3.571² + (−13.43)² + 3.571² + (−13.43)² + 5.571² = 541.7

标准差

s = √(541.7/6) = 9.502

答案

s = 9.502
10.描述统计

答案: P = 0.6915

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 = −0.5

标准正态分布表

Φ(−0.5) = 0.3085
P = 1 − 0.3085 = 0.6915

答案

P = 0.6915
11.概率

答案: Var(X) = 0.6475

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 + 1·0.35 + 2·0.3 = 0.95

平方的均值

E(X²) = 0·0.35 + 1·0.35 + 4·0.3 = 1.55

方差

Var(X) = 1.55 − 0.95² = 0.6475

答案

Var(X) = 0.6475
12.概率

答案: P = 0.02911

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。

二项分布公式

P(X = 5) = 792·0.75·0.37 = 792·0.1681·0.0002187 = 0.02911

答案

P = 0.02911
13.正态分布

答案: P = 0.8461

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)。

总和的分布

μT = 72 kg, σT = 0.8·√6 = 1.96 kg

标准化

z = (70 − 72)/1.96 = −1.02

概率

P = 1 − Φ(−1.02) = 0.8461

答案

P = 0.8461
14.正态分布

答案: P = 0.8413

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 = 500 − 490 = 10 g, σ = 10 g

标准化

z = (0 − 10)/10 = −1

概率

P = 1 − Φ(−1) = 0.8413

答案

P = 0.8413
15.置信区间

答案: E₂ = 3.693

Confidence interval for a mean: x̄ ± margin of error. With a known population σ the margin is z·σ/√n; with only the sample standard deviation s, use t with n − 1 degrees of freedom: t·s/√n. Critical values: z = 1.645 (90%), 1.96 (95%), 2.576 (99%). To get a margin E or smaller, you need n ≥ (z·σ/E)², rounded up.

误差范围之比

E₂/E₁ = (1.645/1.96)·√(50/50) = 0.8393

新的误差范围

E₂ = 4.4·0.8393 = 3.693

答案

E₂ = 3.693
16.置信区间

答案: n = 106

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 = (1.96·21/4)² = 105.9

向上取整

样本量是整数,向下取整会使误差范围过大。

n = 106

答案

n = 106
17.假设检验与置信区间

答案: t = −3.902

Testing a mean: the test statistic measures how many standard errors the sample mean lies from the value claimed in H₀: z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n) when σ is known, t = (x̄ − μ₀)/(s/√n) when it is estimated from the sample. A confidence interval is x̄ ± (critical value)·(standard error).

平均差值的标准误

SE = 5.9/√10 = 1.866

检验统计量

t = −7.28/1.866 = −3.902

答案

t = −3.902

df = 9 时,双侧 5% 的临界值为 2.262;|t| 更大,所以拒绝 H₀。

18.假设检验与置信区间

答案: n = 160

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 = ((2.326 + 1.282)·7/2)² = 159.5

向上取整

n = 160

答案

n = 160
19.线性回归与相关

答案: r = 0.9862

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 = 1350 − 20·322/5 = 62
Sxx = 90 − 20²/5 = 10
Syy = 21132 − 322²/5 = 395.2

相关系数

r = 62/√(10·395.2) = 0.9862

答案

r = 0.9862
20.线性回归与相关

答案: x = 9.091

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 = 30/5 = 6
ȳ = 122/5 = 24.4

平方和与乘积和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 176

回归直线

b = 176/40 = 4.4
a = 24.4 − 4.4·6 = −2
ŷ = −2 + 4.4·x

解出 x

x = (38 − (−2))/4.4 = 9.091

答案

x = 9.091

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