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…8PV = ?€10 000

你在 8 年后需要 €10 000。某账户年利率 3%,按月复利。今天需要存入多少?求现值 PV。

FV = €10 0003% / 12n = 8
PV = €
2.货币的时间价值困难
月0123…120A?AA€75 000

你希望在 10 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 3%、按月复利的账户。求每月存款额 A。

FV = €75 0003% / 12N = 120
A = €
3.NPV 与 IRR中等
年01234567−40 0007 5007 5007 5007 5007 5007 50015 500

一台机器今天花费 €40 000。它在 7 年内每年年末产生 €7 500,之后可以以 €8 000 出售。资本成本为 12%。求净现值 NPV。

C0 = €40 000CF = €7 500S = €8 000n = 7r = 12%
NPV = €
4.NPV 与 IRR困难
年0123−20 00013 0007 50014 500

某项目投入 €20 000,在第 1 年至第 3 年年末每年回收 €13 000, €7 500, €14 500。求其内部收益率 IRR(百分数)。

CF0 = −20 000CF1 = 13 000CF2 = 7 500CF3 = 14 500
IRR = %
5.债券定价与收益率中等
半年0123…24€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,12 年后到期。到期收益率为每年 5%。 求该债券的价格 P。

F = €1 000票面利率 = 3%YTM = 5%n = 12
P = €
6.债券定价与收益率困难
年0123456€900€30€30 + €1 000

一张面值为 €1 000、年票面利率为 3% 的债券 6 年后到期,售价为 €900。求其到期收益率 YTM,以百分比表示。

F = €1 000票面利率 = 3%n = 6P = €900
YTM = %
7.CAPM 与 WACC中等
WACC = ?所有者权益€8 000 000re​ = 10%债务€6 000 000rd​ = 3%T = 28%

某公司有价值 €8 000 000 的股权和价值 €6 000 000 的债务。其股权成本为 10%,税前债务成本为 3%,税率为 28%。求 WACC。

E = €8 000 000D = €6 000 000re = 10%rd = 3%T = 28%
WACC = %
8.CAPM 与 WACC困难
WACC = ?所有者权益4 000 000 × €37.50D0​ = €0.80g = 5%债务€120 000 000rd​ = 5%T = 25%

一家公司有 4 000 000 股股票,股价为 €37.50;其股权账面价值为 €75 000 000。公司刚支付了每股 €0.80 的股利,股利每年增长 5%。其债务市场价值为 €120 000 000,税前成本为 5%。税率为 25%。用股利增长模型计算股权资本成本,求 WACC。

N = 4 000 000P0 = €37.50股权账面价值 = €75 000 000D0 = €0.80g = 5%D = €120 000 000rd = 5%T = 25%
WACC = %
9.描述统计中等
152025303540455055

求数据的样本标准差 s:13, 59, 54, 22, 25, 48, 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 70,标准差为 5。数值高于 75 的比例 P 是多少?

μ = 70σ = 5x = 75
P =
11.概率中等
红球: 3蓝球: 8

袋中有 3 个红球和 8 个蓝球。不放回地依次摸出两个球。两个都是红球的概率 P 是多少?

3 / 8
P =
12.概率困难
€p(x)−10.720.2590.05

一局游戏的参与费用为 €1。你以概率 0.25 赢得 €3,以概率 0.05 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€3: p = 0.25€10: p = 0.05
E(G) = €
13.正态分布中等
5583P = ?

考试成绩服从正态分布,均值为 65 分,标准差为 10 分。介于 55 和 83 分 之间的比例是多少?P 以小数表示。

μ = 65σ = 10x1 = 55x2 = 83
P =
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 0.01 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 = 0.01 mm
P =
15.置信区间中等
n = 21, s = 13.5LUx̄ = 37E = ?95%

一个包含 21 个个体的样本,均值为 37,标准差 s = 13.5。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 = 21x̄ = 37s = 13.595%t(20) = 2.086
E =
16.置信区间困难
n = 11σ = ?Us = 9.495%

11 根机加工轴的直径样本标准差为 9.4 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 = 9.4 µmχ² = 3.247, 20.483
σ = µm
17.假设检验与置信区间中等
−1.12p = ?

据称某总体的均值为 80;已知总体标准差为 18。一个含 144 个观测值的随机样本均值为 78.32。检验 H₀: μ = 80 对 H₁: μ < 80。求 p 值 p。

μ₀ = 80σ = 18n = 144x̄ = 78.32H₁: μ < μ₀
p =
18.假设检验与置信区间困难
z −1.9601.96

100 次测量的样本均值为 100.9。总体标准差为 10。求均值 95% 置信区间的下限 L。

x̄ = 100.9σ = 10n = 10095%
L =
19.线性回归与相关中等
xy187621812497271113012933142xy202530100

表中给出 6 对观测值 x = 温度 (°C) 和 y = 冰淇淋销量。 求皮尔逊相关系数 r。

n = 6
r =
20.线性回归与相关困难
xy354460560670768xy4655606570ŷ = 68

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。 x 取何值 x 时,直线预测 ŷ = 68?

n = 5ŷ = 68
x =

3溶液

1.货币的时间价值

答案: PV = 7869 €

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 = 0.03/12 = 0.0025
N = 12·8 = 96

现值

PV = FV/(1 + i)N = 10 000/1.271 = €7 868.63

答案

PV = €7 868.63
2.货币的时间价值

答案: A = 536.7 €

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 = 12·10 = 120

存款额

A = FV·i/((1 + i)N − 1) = 75 000·0.0025/(1.349 − 1) = €536.71

答案

A = €536.71
3.NPV 与 IRR

答案: NPV = −2153 €

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

7 500·4.564 = 34 228.17

残值的现值

8 000/2.211 = 3 618.79

NPV

NPV = −40 000 + 34 228.17 + 3 618.79 = −€2 153.03

答案

NPV = −€2 153.03
4.NPV 与 IRR

答案: IRR = 33.65 %

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(30%) = 1 037.78
NPV(35%) = −361.73

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 ≈ 30 + 5·1 037.78/(1 037.78 − (−361.73)) = 33.71%
精确: NPV(33.65%) = 0 → IRR = 33.65%

答案

IRR = 33.65%
5.债券定价与收益率

答案: P = 821.2 €

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 = 0.025, N = 24

票息的现值

€15.00·(1 − 0.5529)/0.025 = €268.27

面值的现值

€1 000·0.5529 = €552.88

价格

P = €821.15

答案

P = €821.15

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 = 4.968 %

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

€900 = €30·(1 − (1 + y)⁻⁶)/y + €1 000/(1 + y)⁶

数值求解

P(4%) = €947.58, P(5%) = €898.49
YTM = 4.968%

答案

YTM = 4.968%
7.CAPM 与 WACC

答案: WACC = 6.64 %

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 = €14 000 000, E/V = 0.5714, D/V = 0.4286

WACC

WACC = 0.5714·10% + 0.4286·3%·(1 − 0.28) = 6.64%

答案

WACC = 6.64%
8.CAPM 与 WACC

答案: WACC = 5.689 %

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 = 0.8·1.05 = €0.84
re = 0.84/37.5 + 0.05 = 7.24%

市场价值

E = 4 000 000·€37.50 = €150 000 000
V = €270 000 000, E/V = 0.5556, D/V = 0.4444

WACC

WACC = 0.5556·7.24% + 0.4444·5%·(1 − 0.25) = 5.689%

答案

WACC = 5.689%
9.描述统计

答案: s = 18.42

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 = 273/7 = 39

离差平方

Σ(x − x̄)² = (−26)² + 20² + 15² + (−17)² + (−14)² + 9² + 13² = 2036

标准差

s = √(2036/6) = 18.42

答案

s = 18.42
10.描述统计

答案: P = 0.1587

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

标准正态分布表

Φ(1) = 0.8413
P = 1 − 0.8413 = 0.1587

答案

P = 0.1587
11.概率

答案: P = 0.05455

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。

第一次和第二次摸球

P = 3/11 · 2/10 = 6/110 = 0.05455

答案

P = 0.05455
12.概率

答案: E(G) = 0.25 €

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: 2 (p = 0.25), 9 (p = 0.05), −1 (p = 0.7)

期望值

E(G) = 2·0.25 + 9·0.05 − 1·0.7 = 0.25 €

答案

E(G) = 0.25 €

正值表示平均而言你会赢钱。

13.正态分布

答案: P = 0.8054

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。

z 分数

z₁ = (55 − 65)/10 = −1
z₂ = (83 − 65)/10 = 1.8

中间面积

P = Φ(1.8) − Φ(−1) = 0.9641 − 0.1587 = 0.8054

答案

P = 0.8054
14.正态分布

答案: P = 0.9207

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 = 0.01414 mm

标准化

z = (0 − 0.02)/0.01414 = −1.41

概率

P = 1 − Φ(−1.41) = 0.9207

答案

P = 0.9207
15.置信区间

答案: E = 6.145

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 = 20, t = 2.086

误差范围

E = 2.086·13.5/√21 = 6.145

答案

E = 6.145
16.置信区间

答案: σ = 6.568 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 = 10·9.4² = 883.6

σ² 的限值

883.6/20.483 = 43.14
883.6/3.247 = 272.1

σ 的限值

σ = √43.14 = 6.568 µm

答案

σ = 6.568 µm

σ 的 95% 区间:[6.568, 16.5] µm。

17.假设检验与置信区间

答案: p = 0.1314

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.

检验统计量

SE = σ/√n = 18/√144 = 1.5
z = (78.32 − 80)/1.5 = −1.12

尾部面积

Φ(1.12) = 0.8686
1 − Φ(1.12) = 0.1314

p 值

p = 0.1314

答案

p = 0.1314

p > 0.05,所以在 5% 水平下不拒绝 H₀。

18.假设检验与置信区间

答案: L = 98.94

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 = 1.96·10/√100 = 1.96

区间端点

L = 100.9 − 1.96 = 98.94

答案

L = 98.94
19.线性回归与相关

答案: r = 0.9922

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 = 153/6 = 25.5
ȳ = 636/6 = 106

平方和与乘积和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 157.5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 732
Syy = Σ(y − ȳ)² = 3456

相关系数

r = 732/√(157.5·3456) = 0.9922

答案

r = 0.9922
20.线性回归与相关

答案: x = 6.474

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 = 312/5 = 62.4

平方和与乘积和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 38

回归直线

b = 38/10 = 3.8
a = 62.4 − 3.8·5 = 43.4
ŷ = 43.4 + 3.8·x

解出 x

x = (68 − 43.4)/3.8 = 6.474

答案

x = 6.474

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