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0123456PV = ?€500€500€500€500

一份年金在每年年末支付 €500,共 6 年。年利率为 10%。求该年金的现值 PV。

A = €500i = 10%n = 6
PV = €
2.货币的时间价值困难
月0123…144A?AA€75 000

你希望在 12 年后得到 €75 000。你在每月月末把相同的金额存入一个年利率 7.2%、按月复利的账户。求每月存款额 A。

FV = €75 0007.2% / 12N = 144
A = €
3.NPV 与 IRR中等
年01234−20 0007 0006 0006 0008 000

一项 €20 000 的投资在第 1 年至第 4 年年末带来以下现金流:€7 000, €6 000, €6 000, €8 000。资本成本为 6%。求净现值 NPV。

r = 6%CF0 = −20 000CF1 = 7 000CF2 = 6 000CF3 = 6 000CF4 = 8 000
NPV = €
4.NPV 与 IRR困难
年0123−40 00016 00025 50022 500

某项目投入 €40 000,在第 1 年至第 3 年年末每年回收 €16 000, €25 500, €22 500。求其内部收益率 IRR(百分数)。

CF0 = −40 000CF1 = 16 000CF2 = 25 500CF3 = 22 500
IRR = %
5.债券定价与收益率中等
半年0123…12€15€15€15 + €1 000P = ?

一张面值为 €1 000 的债券,年票面利率为 3%,每半年付息一次,6 年后到期。到期收益率为每年 9%。 求该债券的价格 P。

F = €1 000票面利率 = 3%YTM = 9%n = 6
P = €
6.债券定价与收益率困难
年01234567€925€70€70 + €1 000

一张面值为 €1 000、年票面利率为 7% 的债券 7 年后到期,售价为 €925。求其到期收益率 YTM,以百分比表示。

F = €1 000票面利率 = 7%n = 7P = €925
YTM = %
7.CAPM 与 WACC中等
WACC = ?所有者权益€8 000 000re​ = 13%债务€4 000 000rd​ = 7%T = 21%

某公司有价值 €8 000 000 的股权和价值 €4 000 000 的债务。其股权成本为 13%,税前债务成本为 7%,税率为 21%。求 WACC。

E = €8 000 000D = €4 000 000re = 13%rd = 7%T = 21%
WACC = %
8.CAPM 与 WACC困难
rf​ = 4%, rm​ − rf​ = 4%D/E = 0.4所有者权益βL​ = 1债务D/E = 1.5所有者权益re​ = ?债务T = 20%

一家公司股票在当前负债权益比 0.4 下的贝塔为 1。公司计划把负债权益比提高到 1.5。税率为 20%,无风险利率为 4%,市场风险溢价为 4%。求变化后的股权资本成本 re。

βL = 1D/E1 = 0.4D/E2 = 1.5T = 20%rf = 4%rm − rf = 4%
re = %
9.描述统计中等
152025303540455055

求数据的样本标准差 s:32, 15, 34, 30, 33, 57, 42。

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 60,标准差为 12。数值低于 84 的比例 P 是多少?

μ = 60σ = 12x = 84
P =
11.概率中等
n = 15k = 4N = ?

从 15 人中选出 4 人组成委员会,有多少种选法 N?顺序无关。

n = 15k = 4
N =
12.概率困难
€p(x)−30.760.25270.05

一局游戏的参与费用为 €3。你以概率 0.25 赢得 €9,以概率 0.05 赢得 €30;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 = €3€9: p = 0.25€30: p = 0.05
E(G) = €
13.正态分布中等
750 g745.1 gX + Y?

X 服从均值 250 g、标准差 4 g 的正态分布;Y 独立,服从均值 500 g、标准差 9 g 的正态分布。求 X + Y 大于 745.1 g 的概率 P。z 取两位小数。

μX = 250, σX = 4μY = 500, σY = 9X + Y > 745.1 g
P =
14.正态分布困难
μ = 178x = ?99%

成年男性的身高服从正态分布,均值为 178 cm,标准差为 7 cm。求数值 x,使得有 99% 的数据低于它(第 99 百分位数)。

μ = 178σ = 7P = 99%
x = cm
15.置信区间中等
n = 9, s = 15.5LU = ?x̄ = 93.5E95%

一个包含 9 个个体的样本,均值为 93.5,标准差 s = 15.5。总体近似服从正态分布。 求均值的 95% 置信区间的上限。

n = 9x̄ = 93.5s = 15.595%t(8) = 2.306
上限 =
16.置信区间困难
σ = 18, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 499%

总体标准差为 18。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 4?

σ = 18E = 499%
n =
17.假设检验与置信区间中等
t −1.9901.99

81 名学生的样本平均分为 503.2,样本标准差为 10。求 H₀: μ = 500 的检验统计量 t。

μ₀ = 500x̄ = 503.2s = 10n = 81
t =
18.假设检验与置信区间困难
−1.961.96z = ?

在一项试验中,接受治疗 A 的 200 名患者中有 30 人康复,接受治疗 B 的 120 名患者中有 7 人康复。用合并比例求 H₀: p₁ = p₂ 的检验统计量 z。

x₁ = 30n₁ = 200x₂ = 7n₂ = 120
z =
19.线性回归与相关中等
xy3595757789921199xy5106080100

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 = 35Σy = 403Σx² = 285Σy² = 33455Σxy = 3015
r =
20.线性回归与相关困难
xy123220322418517616xy24620x = 2.5

表中给出 6 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 = 2.5 时的 ŷ。

n = 6x = 2.5
ŷ =

3溶液

1.货币的时间价值

答案: PV = 2178 €

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。

年金系数

(1 − (1 + i)−n)/i = (1 − 0.5645)/0.1 = 4.355

现值

PV = 500·4.355 = €2 177.63

答案

PV = €2 177.63
2.货币的时间价值

答案: A = 329.3 €

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 = 0.07200000000000001/12 = 0.006
N = 12·12 = 144

存款额

A = FV·i/((1 + i)N − 1) = 75 000·0.006/(2.367 − 1) = €329.30

答案

A = €329.30
3.NPV 与 IRR

答案: NPV = 3318 €

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 + 0.06)1 = 7 000/1.06 = 6 603.77
CF2/(1 + 0.06)2 = 6 000/1.124 = 5 339.98
CF3/(1 + 0.06)3 = 6 000/1.191 = 5 037.72
CF4/(1 + 0.06)4 = 8 000/1.262 = 6 336.75

相加

NPV = €3 318.22

答案

NPV = €3 318.22

NPV 为正,因此项目收益高于要求回报率。

4.NPV 与 IRR

答案: IRR = 26.01 %

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(25%) = 640.00
NPV(30%) = −2 362.31

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 + 5·640.00/(640.00 − (−2 362.31)) = 26.07%
精确: NPV(26.01%) = 0 → IRR = 26.01%

答案

IRR = 26.01%
5.债券定价与收益率

答案: P = 726.4 €

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 = €15.00, i = 0.045, N = 12

票息的现值

€15.00·(1 − 0.5897)/0.045 = €136.78

面值的现值

€1 000·0.5897 = €589.66

价格

P = €726.44

答案

P = €726.44

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 = 8.463 %

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

€925 = €70·(1 − (1 + y)⁻⁷)/y + €1 000/(1 + y)⁷

数值求解

P(8%) = €947.94, P(9%) = €899.34
YTM = 8.463%

答案

YTM = 8.463%
7.CAPM 与 WACC

答案: WACC = 10.51 %

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 = €12 000 000, E/V = 0.6667, D/V = 0.3333

WACC

WACC = 0.6667·13% + 0.3333·7%·(1 − 0.21) = 10.51%

答案

WACC = 10.51%
8.CAPM 与 WACC

答案: re = 10.67 %

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/(1 + 0.8·0.4) = 0.7576

按新的 D/E 重新加杠杆

βL = 0.7576·(1 + 0.8·1.5) = 1.667

股权成本(CAPM)

re = 4% + 1.667·4% = 10.67%

答案

re = 10.67%
9.描述统计

答案: s = 12.72

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 = 243/7 = 34.71

离差平方

Σ(x − x̄)² = (−2.714)² + (−19.71)² + (−0.7143)² + (−4.714)² + (−1.714)² + 22.29² + 7.286² = 971.4

标准差

s = √(971.4/6) = 12.72

答案

s = 12.72
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) = 0.9772
P = 0.9772

答案

P = 0.9772
11.概率

答案: N = 1365

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。

组合

C(15, 4) = (15·14·13·12)/(4·3·2·1) = 1365

答案

N = 1365
12.概率

答案: E(G) = 0.75 €

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: 6 (p = 0.25), 27 (p = 0.05), −3 (p = 0.7)

期望值

E(G) = 6·0.25 + 27·0.05 − 3·0.7 = 0.75 €

答案

E(G) = 0.75 €

正值表示平均而言你会赢钱。

13.正态分布

答案: P = 0.6915

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)。

和的分布

μ = 750 g, σ = √(4² + 9²) = 9.849 g

标准化

z = (745.1 − 750)/9.849 = −0.5

上尾

P = 1 − Φ(−0.5) = 1 − 0.3085 = 0.6915

答案

P = 0.6915
14.正态分布

答案: x = 194.3 cm

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) = 0.99 → z = 2.326

换算回 x

x = 178 + 2.326·7 = 194.28 cm

答案

x = 194.28 cm
15.置信区间

答案: 上限 = 105.4

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 = 8, t = 2.306

误差范围

E = 2.306·15.5/√9 = 11.91

区间

93.5 ± 11.91 → [81.59, 105.4]

答案

上限 = 105.4
16.置信区间

答案: n = 135

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 = (2.576·18/4)² = 134.4

向上取整

样本量是整数,向下取整会使误差范围过大。

n = 135

答案

n = 135
17.假设检验与置信区间

答案: t = 2.88

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)。

标准误

SE = 10/√81 = 10/9 = 1.111

检验统计量

t = (503.2 − 500)/1.111 = 2.88

答案

t = 2.88
t0.025; df = 80 = 1.99

|t| > 1.99,所以在 5% 水平下拒绝 H₀(双侧)。

18.假设检验与置信区间

答案: z = 2.483

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.

样本比例

p̂₁ = 30/200 = 0.15
p̂₂ = 7/120 = 0.05833
p̂ = 37/320 = 0.1156

H₀ 下的标准误

SE = √(0.1156·0.8844·(1/200 + 1/120)) = 0.03692

检验统计量

z = (0.15 − 0.05833)/0.03692 = 2.483

答案

z = 2.483

|z| > 1.96,所以在 5% 水平下拒绝 H₀(双侧)。

19.线性回归与相关

答案: r = 0.9833

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 = 3015 − 35·403/5 = 194
Sxx = 285 − 35²/5 = 40
Syy = 33455 − 403²/5 = 973.2

相关系数

r = 194/√(40·973.2) = 0.9833

答案

r = 0.9833
20.线性回归与相关

答案: ŷ = 20.7

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 = 116/6 = 19.33

平方和与乘积和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17.5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −24

回归直线

b = −24/17.5 = −1.371
a = 19.33 − (−1.371)·3.5 = 24.13
ŷ = 24.13 − 1.371·x

预测

ŷ = 24.13 + (−1.371)·2.5 = 20.7

答案

ŷ = 20.7

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