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…18PV = ?€1 500€1 500€1 500€1 500

一份年金在每年年末支付 €1 500,共 18 年。年利率为 3%。求该年金的现值 PV。

A = €1 500i = 3%n = 18
PV = €
2.货币的时间价值困难
月0123…204A?AA€10 000

你希望在 17 年后得到 €10 000。你在每月月末把相同的金额存入一个年利率 3%、按月复利的账户。求每月存款额 A。

FV = €10 0003% / 12N = 204
A = €
3.NPV 与 IRR中等
年0123…8€20 000€4 000€4 000€4 000€4 000r = 10%, EAC = ?

一台机器今天花费 €20 000,使用 8 年,每年运行费用为 €4 000(每年年末支付)。资本成本为 10%。求其等值年成本 EAC。

C0 = €20 000M = €4 000n = 8r = 10%
EAC = €
4.NPV 与 IRR困难
年0123…8−40 00010 50010 50010 50010 500

一笔 €40 000 的投资在 8 年内每年年末回报 €10 500。求其内部收益率 IRR,以百分比表示。

C0 = €40 000CF = €10 500n = 8
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 5.5%。 求该债券的价格 P。

F = €1 000票面利率 = 8%YTM = 5.5%n = 6
P = €
6.债券定价与收益率困难
年012345€1 222€60€60€60 + €1 060

一只剩余期限为 15 年的债券(面值 €1 000,年票息 6%)售价 €1 222。发行人可在 5 年后以 €1 060 的赎回价格赎回。求赎回收益率 YTC,以百分比表示。

F = €1 000票面利率 = 6%P = €1 222赎回价格 = €1 060赎回时间 5 年
YTC = %
7.CAPM 与 WACC中等
WACC = ?所有者权益€5 000 000re​ = 11%债务€5 000 000rd​ = 3%T = 20%

某公司有价值 €5 000 000 的股权和价值 €5 000 000 的债务。其股权成本为 11%,税前债务成本为 3%,税率为 20%。求 WACC。

E = €5 000 000D = €5 000 000re = 11%rd = 3%T = 20%
WACC = %
8.CAPM 与 WACC困难
WACC = ?所有者权益2 000 000 × €28.50β = 0.8rf​ = 2%, rm​ = 7%债务5 000 × €980rd​ = 6%T = 28%

某公司有2 000 000 股、每股 €28.50 的股票,以及 5 000 张、每张市价 €980 的债券。税前债务成本为 6%,税率为 28%。股票的 β 系数为 0.8,无风险利率为 2%,市场回报率为 7%。求 WACC。

β = 0.8rf = 2%rm = 7%rd = 6%T = 28%
WACC = %
9.描述统计中等
20253035404550

求数据的样本标准差 s:27, 28, 41, 54, 16, 49。

n = 6
s =
10.描述统计困难
z −2−1012

某量服从正态分布,平均数为 100,标准差为 20。数值低于 140 的比例 P 是多少?

μ = 100σ = 20x = 140
P =
11.概率中等
xp(x)00.210.3520.2530.1540.05μ = 1.5

对图中的分布,求 X 的标准差 σ。

x: 0, 1, 2, 3, 4p(x): 0.2, 0.35, 0.25, 0.15, 0.05
σ =
12.概率困难
n = 9, p = 0.7: P(X = 2) = ?k0123456789

一份测试有 9 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 2 题的概率 P 是多少?

n = 9p = 0.7k = 2
P =
13.正态分布中等
−3−2−10123z−z 与 z 之间的阴影面积 = 0.5705

拖动 z,使标准正态曲线下 −z 与 z 之间的阴影面积为 0.5705。求 z,保留两位小数。

A = 0.5705
z =
14.正态分布困难
4 s0X − Y?

运动员 A 的单圈时间 X 与运动员 B 的单圈时间 Y相互独立且服从正态分布:X 的均值为 52 s,标准差为 4 s,Y 的均值为 48 s,标准差为 3 s。求 X 大于 Y 的概率 P。z 取两位小数。

μX = 52 s, σX = 4 sμY = 48 s, σY = 3 s
P =
15.置信区间中等
n = 13, sd​ = 7.40LU = ?d̄ = 9.7E95%

测量 13 名患者治疗前后的血压。差值 d = 治疗前 − 治疗后 (mmHg) 的均值为 9.7,标准差为 7.4。 求平均差值的 95% 置信区间的上限。

n = 13d̄ = 9.7sd = 7.495%t(12) = 2.179
上限 = mmHg
16.置信区间困难
σ = 24, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 0.595%

总体标准差为 24。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 0.5?

σ = 24E = 0.595%
n =
17.假设检验与置信区间中等
−2.0932.093t = ?df = 19

20 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 −3.89,差值的标准差为 8.7。求 H₀: μd = 0 的配对检验统计量 t。

n = 20d̄ = −3.89sd = 8.7
t =
18.假设检验与置信区间困难
μ₀x̄c

在 α = 0.10 下,用容量为 100 的样本对 H₀: μ = 80 与 H₁: μ < 80 进行单侧 z 检验;已知标准差为 10。实际上均值为 77.5。 求第二类错误的概率 β,以百分比表示。

μ₀ = 80μ = 77.5σ = 10n = 100α = 0.10
β = %
19.线性回归与相关中等
xy2344416478511051xy5104050

表中给出 5 对观测值 x = 广告支出 (k€) 和 y = 销售额 (k€)。 已给出它们的各项和。由这些和求皮尔逊相关系数 r。

n = 5Σx = 30Σy = 224Σx² = 220Σy² = 10248Σxy = 1432
r =
20.线性回归与相关困难
xy154358573788992xy56080x = 4

表中给出 5 对观测值 x = 学习小时数 和 y = 考试成绩。 使用最小二乘直线 ŷ = a + b·x。 新得到一个观测值 (4, 64)。求其残差 e = y − ŷ。

n = 5(4, 64)
e =

3溶液

1.货币的时间价值

答案: PV = 20630 €

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 − 0.5874)/0.03 = 13.75

现值

PV = 1 500·13.75 = €20 630.27

答案

PV = €20 630.27
2.货币的时间价值

答案: A = 37.64 €

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 = 0.03/12 = 0.0025
N = 12·17 = 204

存款额

A = FV·i/((1 + i)N − 1) = 10 000·0.0025/(1.664 − 1) = €37.64

答案

A = €37.64
3.NPV 与 IRR

答案: EAC = 7749 €

等值年成本:把所有成本的现值在寿命期内分摊为每年相等的金额(一份年金):EAC = PV·r/(1 − (1 + r)⁻ⁿ)。它可以用来比较寿命不同的机器。

年金系数

(1 − 1.1−8)/0.1 = 5.335

年化购置价格

20 000/5.335 = 3 748.88

EAC

EAC = 3 748.88 + 4 000 = €7 748.88

答案

EAC = €7 748.88
4.NPV 与 IRR

答案: IRR = 20.24 %

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。

所需的年金系数

(1 − (1 + i)−8)/i = 40 000/10 500 = 3.81

求利率

利率升高时年金系数下降;先确定利率所在区间,再逐步缩小。

i = 20%: 3.837
i = 21%: 3.726
IRR = 20.24%

答案

IRR = 20.24%
5.债券定价与收益率

答案: P = 1126 €

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 = 0.0275, N = 12

票息的现值

€40.00·(1 − 0.7221)/0.0275 = €404.17

面值的现值

€1 000·0.7221 = €722.13

价格

P = €1 126.30

答案

P = €1 126.30

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: YTC = 2.382 %

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

1222 = 60·(1 − (1 + y)−5)/y + 1060/(1 + y)5

数值求解

y = 2%: €1 242.88
y = 3%: €1 189.15
YTC = 2.382%

答案

YTC = 2.382%

到期收益率为 4.003%。溢价债券的投资者预期它会被赎回,所以较低的赎回收益率更符合实际。

7.CAPM 与 WACC

答案: WACC = 6.7 %

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 = €10 000 000, E/V = 0.5, D/V = 0.5

WACC

WACC = 0.5·11% + 0.5·3%·(1 − 0.2) = 6.7%

答案

WACC = 6.7%
8.CAPM 与 WACC

答案: WACC = 5.867 %

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 = 2 000 000·€28.50 = €57 000 000
D = 5 000·€980 = €4 900 000

股权成本(CAPM)

re = 2% + 0.8·5% = 6%

权重

V = €61 900 000, E/V = 0.9208, D/V = 0.07916

WACC

WACC = 0.9208·6% + 0.07916·6%·(1 − 0.28) = 5.867%

答案

WACC = 5.867%
9.描述统计

答案: s = 14.58

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 = 215/6 = 35.83

离差平方

Σ(x − x̄)² = (−8.833)² + (−7.833)² + 5.167² + 18.17² + (−19.83)² + 13.17² = 1063

标准差

s = √(1063/5) = 14.58

答案

s = 14.58
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: σ = 1.118

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 = 0·0.2 + 1·0.35 + 2·0.25 + 3·0.15 + 4·0.05 = 1.5

平方的均值

E(X²) = 0·0.2 + 1·0.35 + 4·0.25 + 9·0.15 + 16·0.05 = 3.5

方差

Var(X) = 3.5 − 1.5² = 1.25
σ = √1.25 = 1.118

答案

σ = 1.118
12.概率

答案: P = 0.003858

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 = 2) = 36·0.72·0.37 = 36·0.49·0.0002187 = 0.003858

答案

P = 0.003858
13.正态分布

答案: z = 0.79

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 + 0.5705)/2 = 0.7852

反向查 z 表

在表中找到 0.7852,读出 z。

z = 0.79

答案

z = 0.79
14.正态分布

答案: P = 0.7881

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 = 52 − 48 = 4 s, σ = 5 s

标准化

z = (0 − 4)/5 = −0.8

概率

P = 1 − Φ(−0.8) = 0.7881

答案

P = 0.7881
15.置信区间

答案: 上限 = 14.17 mmHg

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.

临界值

df = 12, t = 2.179

误差范围

E = 2.179·7.4/√13 = 4.472

区间

9.7 ± 4.472 → [5.228, 14.17]

答案

上限 = 14.17 mmHg
16.置信区间

答案: n = 8852

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 = (1.96·24/0.5)² = 8851

向上取整

样本量是整数,向下取整会使误差范围过大。

n = 8852

答案

n = 8852
17.假设检验与置信区间

答案: t = −2

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 = 8.7/√20 = 1.945

检验统计量

t = −3.89/1.945 = −2

答案

t = −2

df = 19 时,双侧 5% 的临界值为 2.093;|t| 更小,所以不拒绝 H₀。

18.假设检验与置信区间

答案: β = 11.16 %

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 = 10/√100 = 1
x̄c = 80 − 1.282·1 = 78.72

真实均值下的 z

z = (78.72 − 77.5)/1 = 1.218

第二类错误

功效 = P(Z < 1.218) = 88.84%
β = 100% − 88.84% = 11.16%

答案

β = 11.16%
19.线性回归与相关

答案: r = 0.9538

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 = 1432 − 30·224/5 = 88
Sxx = 220 − 30²/5 = 40
Syy = 10248 − 224²/5 = 212.8

相关系数

r = 88/√(40·212.8) = 0.9538

答案

r = 0.9538
20.线性回归与相关

答案: e = −3.7

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 = 25/5 = 5
ȳ = 365/5 = 73

平方和与乘积和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 212

回归直线

b = 212/40 = 5.3
a = 73 − 5.3·5 = 46.5
ŷ = 46.5 + 5.3·x

预测值

ŷ = 46.5 + 5.3·4 = 67.7

残差

e = 64 − 67.7 = −3.7

答案

e = −3.7

该点位于直线下方。

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