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0123456€8 000FV = ?

你以名义年利率 5% 投资 €8 000,按月复利。求 6 年后的投资价值 FV。

PV = €8 0005% / 12n = 6
FV = €
2.货币的时间价值困难
月0123…240€150 000A?AAA

一笔 €150 000 的贷款在 20 年内以等额月供偿还。年利率 3%,按月复利。求月供 A。

P = €150 0003% / 12N = 240
A = €
3.NPV 与 IRR中等
年01234−60 00030 00015 00030 00022 000

一项 €60 000 的投资在第 1 年至第 4 年年末带来以下现金流:€30 000, €15 000, €30 000, €22 000。资本成本为 9%。求净现值 NPV。

r = 9%CF0 = −60 000CF1 = 30 000CF2 = 15 000CF3 = 30 000CF4 = 22 000
NPV = €
4.NPV 与 IRR困难
年0123−25 00015 00012 00012 000

某项目投入 €25 000,在第 1 年至第 3 年年末每年回收 €15 000, €12 000, €12 000。求其内部收益率 IRR(百分数)。

CF0 = −25 000CF1 = 15 000CF2 = 12 000CF3 = 12 000
IRR = %
5.债券定价与收益率中等
半年0123…12€40€40€40 + €1 000P = ?

一张面值为 €1 000 的债券,年票面利率为 8%,每半年付息一次,6 年后到期。到期收益率为每年 3%。 求该债券的价格 P。

F = €1 000票面利率 = 8%YTM = 3%n = 6
P = €
6.债券定价与收益率困难
年01234€970€80€80 + €1 000

一张面值为 €1 000、年票面利率为 8% 的债券 4 年后到期,售价为 €970。求其到期收益率 YTM,以百分比表示。

F = €1 000票面利率 = 8%n = 4P = €970
YTM = %
7.CAPM 与 WACC中等
WACC = ?所有者权益€8 000 000re​ = 9%债务€5 000 000rd​ = 3.5%T = 21%

某公司有价值 €8 000 000 的股权和价值 €5 000 000 的债务。其股权成本为 9%,税前债务成本为 3.5%,税率为 21%。求 WACC。

E = €8 000 000D = €5 000 000re = 9%rd = 3.5%T = 21%
WACC = %
8.CAPM 与 WACC困难
WACC = ?所有者权益5 000 000 × €32.50β = 1.1rf​ = 4%, rm​ = 9%债务20 000 × €1 050rd​ = 6%T = 25%

某公司有5 000 000 股、每股 €32.50 的股票,以及 20 000 张、每张市价 €1 050 的债券。税前债务成本为 6%,税率为 25%。股票的 β 系数为 1.1,无风险利率为 4%,市场回报率为 9%。求 WACC。

β = 1.1rf = 4%rm = 9%rd = 6%T = 25%
WACC = %
9.描述统计中等
2530354045

求数据的样本标准差 s:40, 38, 42, 21, 48。

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 5。数值低于 177.5 的比例 P 是多少?

μ = 170σ = 5x = 177.5
P =
11.概率中等
xp(x)00.3510.320.35μ = 1

对图中的分布,求 X 的标准差 σ。

x: 0, 1, 2p(x): 0.35, 0.3, 0.35
σ =
12.概率困难
n = 8, p = 0.4: P(X = 1) = ?k012345678

一份测试有 8 道选择题。一名靠猜的学生每题答对的概率为 0.4,相互独立。恰好答对 1 题的概率 P 是多少?

n = 8p = 0.4k = 1
P =
13.正态分布中等
−3−2−10123zz 右侧的阴影面积 = 0.9554

拖动 z,使标准正态曲线下 z 右侧的阴影面积为 0.9554。求 z,保留两位小数。

A = 0.9554
z =
14.正态分布困难
0.02 mm0D − d?

孔径 D 服从均值 25.02 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 = 25.02 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 1:30 部手机,均值 63.5 h,已知标准差 13 h。型号 2:50 部手机,均值 72.5 h,已知标准差 6 h。 求 μ₁ − μ₂ 的 99% 置信区间的误差范围 E。

n₁ = 30x̄₁ = 63.5 hσ₁ = 13 hn₂ = 50x̄₂ = 72.5 hσ₂ = 6 h99%
E = h
16.置信区间困难
n = 11σ = ?Us = 8.195%

11 根机加工轴的直径样本标准差为 8.1 µm。假设直径服从正态分布,求总体标准差 95% 置信区间的下限 σ。df = 10 时,χ² 分布有 2.5% 位于 3.247 以下,2.5% 位于 20.483 以上。

n = 11s = 8.1 µmχ² = 3.247, 20.483
σ = µm
17.假设检验与置信区间中等
−2.4472.447t = ?df = 6

7 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 5.93,差值的标准差为 5.6。求 H₀: μd = 0 的配对检验统计量 t。

n = 7d̄ = 5.93sd = 5.6
t =
18.假设检验与置信区间困难
σ = 4, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 2.595%

样本至少要多大,才能使均值的 95% 置信区间的误差范围不超过 2.5?标准差为 4。求最小样本量 n。

σ = 4E = 2.595%
n =
19.线性回归与相关中等
xy15236456578299211100xy5106080100

表中给出 6 对观测值 x = 学习小时数 和 y = 考试成绩。 求皮尔逊相关系数 r。

n = 6
r =
20.线性回归与相关困难
xy125224321419519xy24202224x = 4.5

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。 预测 x = 4.5 时的 ŷ。

n = 5x = 4.5
ŷ =

3溶液

1.货币的时间价值

答案: FV = 10792 €

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 = 0.05/12 = 0.004167
N = m·n = 12·6 = 72

终值

FV = 8 000·(1 + 0.004167)72 = 8 000·1.349 = €10 792.14

答案

FV = €10 792.14
2.货币的时间价值

答案: A = 831.9 €

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。

月利率和还款期数

i = 0.03/12 = 0.0025
N = 12·20 = 240

每期还款

N 笔等额付款 A 的现值为 A·(1 − (1 + i)⁻ᴺ)/i。令其等于贷款额,解出 A。

(1 + i)−N = 0.5492
A = 150 000·0.0025/(1 − 0.5492) = €831.90

答案

A = €831.90
3.NPV 与 IRR

答案: NPV = 18899 €

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。

各笔现金流的现值

CF0 = −60 000
CF1/(1 + 0.09)1 = 30 000/1.09 = 27 522.94
CF2/(1 + 0.09)2 = 15 000/1.188 = 12 625.20
CF3/(1 + 0.09)3 = 30 000/1.295 = 23 165.50
CF4/(1 + 0.09)4 = 22 000/1.412 = 15 585.35

相加

NPV = €18 898.99

答案

NPV = €18 898.99

NPV 为正,因此项目收益高于要求回报率。

4.NPV 与 IRR

答案: IRR = 27.31 %

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(25%) = 824.00
NPV(30%) = −898.95

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 ≈ 25 + 5·824.00/(824.00 − (−898.95)) = 27.39%
精确: NPV(27.31%) = 0 → IRR = 27.31%

答案

IRR = 27.31%
5.债券定价与收益率

答案: P = 1273 €

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 = €40.00, i = 0.015, N = 12

票息的现值

€40.00·(1 − 0.8364)/0.015 = €436.30

面值的现值

€1 000·0.8364 = €836.39

价格

P = €1 272.69

答案

P = €1 272.69

收益率低于票面利率,所以债券溢价出售。

6.债券定价与收益率

答案: YTM = 8.924 %

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

€970 = €80·(1 − (1 + y)⁻⁴)/y + €1 000/(1 + y)⁴

数值求解

P(8%) = €1 000.00, P(9%) = €967.60
YTM = 8.924%

答案

YTM = 8.924%
7.CAPM 与 WACC

答案: WACC = 6.602 %

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 = €13 000 000, E/V = 0.6154, D/V = 0.3846

WACC

WACC = 0.6154·9% + 0.3846·3.5%·(1 − 0.21) = 6.602%

答案

WACC = 6.602%
8.CAPM 与 WACC

答案: WACC = 8.928 %

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·€32.50 = €162 500 000
D = 20 000·€1 050 = €21 000 000

股权成本(CAPM)

re = 4% + 1.1·5% = 9.5%

权重

V = €183 500 000, E/V = 0.8856, D/V = 0.1144

WACC

WACC = 0.8856·9.5% + 0.1144·6%·(1 − 0.25) = 8.928%

答案

WACC = 8.928%
9.描述统计

答案: s = 10.11

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 = 189/5 = 37.8

离差平方

Σ(x − x̄)² = 2.2² + 0.2² + 4.2² + (−16.8)² + 10.2² = 408.8

标准差

s = √(408.8/4) = 10.11

答案

s = 10.11
10.描述统计

答案: P = 0.9332

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 = 1.5

标准正态分布表

Φ(1.5) = 0.9332
P = 0.9332

答案

P = 0.9332
11.概率

答案: σ = 0.8367

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 + 1·0.3 + 2·0.35 = 1

平方的均值

E(X²) = 0·0.35 + 1·0.3 + 4·0.35 = 1.7

方差

Var(X) = 1.7 − 1² = 0.7
σ = √0.7 = 0.8367

答案

σ = 0.8367
12.概率

答案: P = 0.08958

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 = 1) = 8·0.41·0.67 = 8·0.4·0.02799 = 0.08958

答案

P = 0.08958
13.正态分布

答案: z = −1.7

由面积反求 z:Φ(z) 是 z 左侧的面积。对于左尾面积 A,在表中找出使 Φ(z) = A 的 z。右尾面积 A 意味着 Φ(z) = 1 − A。−z 与 z 之间的中间面积 A 使每个尾部剩下 (1 − A)/2,所以 Φ(z) = (1 + A)/2。对于数值 x,用 x = μ + zσ。

z 左侧的面积

Φ(z) = 1 − 0.9554 = 0.0446

反向查 z 表

在表中找到 0.0446,读出 z。

z = −1.70

答案

z = −1.70
14.正态分布

答案: P = 0.8133

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 = 25.02 − 25 = 0.02 mm, σ = 0.02236 mm

标准化

z = (0 − 0.02)/0.02236 = −0.89

概率

P = 1 − Φ(−0.89) = 0.8133

答案

P = 0.8133
15.置信区间

答案: E = 6.493 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 = 63.5 − 72.5 = −9

标准误

SE = √(13²/30 + 6²/50) = 2.521

误差范围

E = 2.576·2.521 = 6.493

答案

E = 6.493 h

区间不包含 0,所以两个均值有显著差异。

16.置信区间

答案: σ = 5.66 µm

方差的区间:(n − 1)s²/σ² 服从自由度为 n − 1 的 χ² 分布。σ² 的 95% 区间从 (n − 1)s² 除以上侧 χ² 值(其上方占 2.5%)到 (n − 1)s² 除以下侧 χ² 值(其下方占 2.5%);σ 的区间是这两个限值的平方根。它关于 s 不对称。

平方和

(n − 1)s² = 10·8.1² = 656.1

σ² 的限值

656.1/20.483 = 32.03
656.1/3.247 = 202.1

σ 的限值

σ = √32.03 = 5.66 µm

答案

σ = 5.66 µm

σ 的 95% 区间:[5.66, 14.21] µm。

17.假设检验与置信区间

答案: t = 2.802

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 = 5.6/√7 = 2.117

检验统计量

t = 5.93/2.117 = 2.802

答案

t = 2.802

df = 6 时,双侧 5% 的临界值为 2.447;|t| 更大,所以拒绝 H₀。

18.假设检验与置信区间

答案: n = 10

均值检验:检验统计量衡量样本均值离 H₀ 所声称的值有多少个标准误:σ 已知时 z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n),由样本估计时 t = (x̄ − μ₀)/(s/√n)。置信区间为 x̄ ±(临界值)·(标准误)。

解出 n

n = (1.96·4/2.5)² = 9.834

向上取整

n = 10

答案

n = 10
19.线性回归与相关

答案: r = 0.986

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 = 36/6 = 6
ȳ = 455/6 = 75.83

平方和与乘积和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 341
Syy = Σ(y − ȳ)² = 1709

相关系数

r = 341/√(70·1709) = 0.986

答案

r = 0.986
20.线性回归与相关

答案: ŷ = 19.05

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 = 108/5 = 21.6

平方和与乘积和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −17

回归直线

b = −17/10 = −1.7
a = 21.6 − (−1.7)·3 = 26.7
ŷ = 26.7 − 1.7·x

预测

ŷ = 26.7 + (−1.7)·4.5 = 19.05

答案

ŷ = 19.05

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