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€1 000FV = ?

你以每年 7% 的利率连续复利投资 €1 000。求 4 年后的价值 FV。

PV = €1 000r = 7%t = 4
FV = €
2.货币的时间价值困难
月0123…300€200 000A?AAA

一笔 €200 000 的贷款在 25 年内以等额月供偿还。年利率 2.4%,按月复利。求月供 A。

P = €200 0002.4% / 12N = 300
A = €
3.NPV 与 IRR中等
年0123−20 00010 00010 0004 000

一项 €20 000 的投资在第 1 年至第 3 年年末带来以下现金流:€10 000, €10 000, €4 000。资本成本为 5%。求净现值 NPV。

r = 5%CF0 = −20 000CF1 = 10 000CF2 = 10 000CF3 = 4 000
NPV = €
4.NPV 与 IRR困难
年01234−10 0003 5005 5005 0004 500

一个项目需投入 €10 000,在第 1 年到第 4 年的每年年末回报 €3 500, €5 500, €5 000, €4 500。现金流可按 6% 的资本成本再投资。求修正内部收益率 MIRR,以百分比表示。

r = 6%CF0 = −10 000CF1 = 3 500CF2 = 5 500CF3 = 5 000CF4 = 4 500
MIRR = %
5.债券定价与收益率中等
半年0123…24€22.50€22.50€22.50 + €1 000P = ?

一张面值为 €1 000 的债券,年票面利率为 4.5%,每半年付息一次,12 年后到期。到期收益率为每年 4%。 求该债券的价格 P。

F = €1 000票面利率 = 4.5%YTM = 4%n = 12
P = €
6.债券定价与收益率困难
年0123€975€50€50 + €1 000

一张面值为 €1 000、年票面利率为 5% 的债券 3 年后到期,售价为 €975。求其到期收益率 YTM,以百分比表示。

F = €1 000票面利率 = 5%n = 3P = €975
YTM = %
7.CAPM 与 WACC中等
WACC = ?所有者权益€12 000 000re​ = 10%债务€4 000 000rd​ = 3%T = 20%

某公司有价值 €12 000 000 的股权和价值 €4 000 000 的债务。其股权成本为 10%,税前债务成本为 3%,税率为 20%。求 WACC。

E = €12 000 000D = €4 000 000re = 10%rd = 3%T = 20%
WACC = %
8.CAPM 与 WACC困难
rf​ = 3.5%, rm​ − rf​ = 4.5%D/E = 0.4所有者权益βL​ = 1.2债务D/E = 1.5所有者权益re​ = ?债务T = 30%

一家公司股票在当前负债权益比 0.4 下的贝塔为 1.2。公司计划把负债权益比提高到 1.5。税率为 30%,无风险利率为 3.5%,市场风险溢价为 4.5%。求变化后的股权资本成本 re。

βL = 1.2D/E1 = 0.4D/E2 = 1.5T = 30%rf = 3.5%rm − rf = 4.5%
re = %
9.描述统计中等
25303540455055

求数据的样本标准差 s:50, 44, 27, 58, 47, 22。

n = 6
s =
10.描述统计困难
z −2−1012

考试成绩服从正态分布,平均数为 500,标准差为 50。求成绩 400 的 z 分数 z。

μ = 500σ = 50x = 400
z =
11.概率中等
xp(x)00.2510.2520.3530.15μ = 1.4

对图中的分布,求 X 的标准差 σ。

x: 0, 1, 2, 3p(x): 0.25, 0.25, 0.35, 0.15
σ =
12.概率困难
€p(x)−10.6910.390.01

一局游戏的参与费用为 €1。你以概率 0.3 赢得 €2,以概率 0.01 赢得 €10;其余情况什么也赢不到。赌注不退还。求每局的期望净收益 E(G)。

赌注 = €1€2: p = 0.3€10: p = 0.01
E(G) = €
13.正态分布中等
−3−2−10123zz 右侧的阴影面积 = 0.0559

拖动 z,使标准正态曲线下 z 右侧的阴影面积为 0.0559。求 z,保留两位小数。

A = 0.0559
z =
14.正态分布困难
10 cm0X − Y?

一组人中男性的身高 X 与女性的身高 Y相互独立且服从正态分布:X 的均值为 180 cm,标准差为 10 cm,Y 的均值为 170 cm,标准差为 12 cm。求 X 大于 Y 的概率 P。z 取两位小数。

μX = 180 cm, σX = 10 cmμY = 170 cm, σY = 12 cm
P =
15.置信区间中等
n = 6, s = 17LUx̄ = 17E = ?95%

一个包含 6 个个体的样本,均值为 17,标准差 s = 17。总体近似服从正态分布。 求均值的 95% 置信区间的误差范围 E。

n = 6x̄ = 17s = 1795%t(5) = 2.571
E =
16.置信区间困难
μ₁ − μ₂, t(10) = 3.1690LU = ?x̄₁ − x̄₂E99%

对两种肥料进行试验。地块组 1:7 块地,平均产量 87.5 kg,标准差 4 kg。地块组 2:5 块地,均值 98 kg,标准差 6.5 kg。假设方差相等(合并 t,df = n₁ + n₂ − 2)。 求 μ₁ − μ₂ 的 99% 置信区间的上限。

n₁ = 7x̄₁ = 87.5s₁ = 4n₂ = 5x̄₂ = 98s₂ = 6.599%t(10) = 3.169
上限 = kg
17.假设检验与置信区间中等
−1.961.96z = ?

两条生产线生产同一种零件。生产线 1:100 个零件的样本平均长度为 68 mm,该生产线的已知标准差为 15 mm。生产线 2:50 个零件的样本均值为 69.2 mm,已知标准差为 9 mm。取差值为 x̄₁ − x̄₂(生产线 1 减生产线 2),求 H₀: μ₁ = μ₂ 的检验统计量 z。

n₁ = 100x̄₁ = 68 mmσ₁ = 15 mmn₂ = 50x̄₂ = 69.2 mmσ₂ = 9 mm
z =
18.假设检验与置信区间困难
z −2.57602.576

16 次测量的样本均值为 71.2。总体标准差为 8。求均值 99% 置信区间的下限 L。

x̄ = 71.2σ = 8n = 1699%
L =
19.线性回归与相关中等
xy252349458559668xy246506070

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 = 286Σx² = 90Σy² = 16574Σxy = 1186
r =
20.线性回归与相关困难
xy244116138181023xy5101020ŷ = 21

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 = 21?

n = 5ŷ = 21
x =

3溶液

1.货币的时间价值

答案: FV = 1323 €

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。

指数

r·t = 0.07·4 = 0.28
e0.28 = 1.323

终值

FV = 1 000·1.323 = €1 323.13

答案

FV = €1 323.13
2.货币的时间价值

答案: A = 887.2 €

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 = 0.024/12 = 0.002
N = 12·25 = 300

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 = 0.5491
A = 200 000·0.002/(1 − 0.5491) = €887.19

答案

A = €887.19
3.NPV 与 IRR

答案: NPV = 2049 €

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 = −20 000
CF1/(1 + 0.05)1 = 10 000/1.05 = 9 523.81
CF2/(1 + 0.05)2 = 10 000/1.103 = 9 070.29
CF3/(1 + 0.05)3 = 4 000/1.158 = 3 455.35

相加

NPV = €2 049.45

答案

NPV = €2 049.45

NPV 为正,因此项目收益高于要求回报率。

4.NPV 与 IRR

答案: MIRR = 19.14 %

修正 IRR:把每笔流入按再投资利率(通常为资本成本)复利到项目结束,得到终值 TV。MIRR 是把初始投资变为 TV 的利率:MIRR = (TV/C₀)^(1/n) − 1。

流入的终值

3 500·1.063 = 4 168.56
5 500·1.062 = 6 179.80
5 000·1.061 = 5 300.00
4 500·1.060 = 4 500.00
TV = 20 148.36

MIRR

MIRR = (20 148.36/10 000)1/4 − 1 = 19.14%

答案

MIRR = 19.14%
5.债券定价与收益率

答案: P = 1047 €

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 = €22.50, i = 0.02, N = 24

票息的现值

€22.50·(1 − 0.6217)/0.02 = €425.56

面值的现值

€1 000·0.6217 = €621.72

价格

P = €1 047.28

答案

P = €1 047.28

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 = 5.934 %

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

€975 = €50·(1 − (1 + y)⁻³)/y + €1 000/(1 + y)³

数值求解

P(5%) = €1 000.00, P(6%) = €973.27
YTM = 5.934%

答案

YTM = 5.934%
7.CAPM 与 WACC

答案: WACC = 8.1 %

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 = €16 000 000, E/V = 0.75, D/V = 0.25

WACC

WACC = 0.75·10% + 0.25·3%·(1 − 0.2) = 8.1%

答案

WACC = 8.1%
8.CAPM 与 WACC

答案: re = 12.15 %

有杠杆贝塔(哈马达公式):负债使股权风险增大。βL = βU·(1 + (1 − T)·D/E),其中 βU 是无负债时业务的贝塔。要把贝塔转换到另一种资本结构,先去杠杆,再按新的 D/E 加杠杆。

对贝塔去杠杆

βU = 1.2/(1 + 0.7·0.4) = 0.9375

按新的 D/E 重新加杠杆

βL = 0.9375·(1 + 0.7·1.5) = 1.922

股权成本(CAPM)

re = 3.5% + 1.922·4.5% = 12.15%

答案

re = 12.15%
9.描述统计

答案: s = 13.94

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 = 248/6 = 41.33

离差平方

Σ(x − x̄)² = 8.667² + 2.667² + (−14.33)² + 16.67² + 5.667² + (−19.33)² = 971.3

标准差

s = √(971.3/5) = 13.94

答案

s = 13.94
10.描述统计

答案: z = −2

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 = (400 − 500)/50 = −2

答案

z = −2
11.概率

答案: σ = 1.02

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 + 1·0.25 + 2·0.35 + 3·0.15 = 1.4

平方的均值

E(X²) = 0·0.25 + 1·0.25 + 4·0.35 + 9·0.15 = 3

方差

Var(X) = 3 − 1.4² = 1.04
σ = √1.04 = 1.02

答案

σ = 1.02
12.概率

答案: E(G) = −0.3 €

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。

净结果

G: 1 (p = 0.3), 9 (p = 0.01), −1 (p = 0.69)

期望值

E(G) = 1·0.3 + 9·0.01 − 1·0.69 = −0.3 €

答案

E(G) = −0.3 €

负值表示平均而言你会亏钱。

13.正态分布

答案: z = 1.59

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 − 0.0559 = 0.9441

反向查 z 表

在表中找到 0.9441,读出 z。

z = 1.59

答案

z = 1.59
14.正态分布

答案: P = 0.7389

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 = 180 − 170 = 10 cm, σ = 15.62 cm

标准化

z = (0 − 10)/15.62 = −0.64

概率

P = 1 − Φ(−0.64) = 0.7389

答案

P = 0.7389
15.置信区间

答案: E = 17.84

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 = 5, t = 2.571

误差范围

E = 2.571·17/√6 = 17.84

答案

E = 17.84
16.置信区间

答案: 上限 = −0.9478 kg

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.

合并标准差

sp² = (6·4² + 4·6.5²)/10 = 26.5
sp = 5.148

误差范围

E = 3.169·5.148·√(1/7 + 1/5) = 9.552

区间

−10.5 ± 9.552 → [−20.05, −0.9478]

答案

上限 = −0.9478 kg
17.假设检验与置信区间

答案: z = −0.61

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.

差值的标准误

SE = √(15²/100 + 9²/50) = √3.87 = 1.967

检验统计量

z = (68 − 69.2)/1.967 = −0.61

答案

z = −0.61

|z| < 1.96,所以在 5% 水平下不拒绝 H₀(双侧)。

18.假设检验与置信区间

答案: L = 66.05

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)。

误差范围

E = 2.576·8/√16 = 5.152

区间端点

L = 71.2 − 5.152 = 66.05

答案

L = 66.05
19.线性回归与相关

答案: r = 0.9062

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 = 1186 − 20·286/5 = 42
Sxx = 90 − 20²/5 = 10
Syy = 16574 − 286²/5 = 214.8

相关系数

r = 42/√(10·214.8) = 0.9062

答案

r = 0.9062
20.线性回归与相关

答案: x = 9.2

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 = 69/5 = 13.8

平方和与乘积和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 90

回归直线

b = 90/40 = 2.25
a = 13.8 − 2.25·6 = 0.3
ŷ = 0.3 + 2.25·x

解出 x

x = (21 − 0.3)/2.25 = 9.2

答案

x = 9.2

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