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…9PV = ?€8 000+3%+3%…r = 7%

一处房产预计明年获得 €8 000 的净租金。租金预计每年永久增长 3%。要求回报率为每年 7%。求该房产今天的价值 PV。

C1 = €8 000g = 3%r = 7%
PV = €
2.货币的时间价值困难
月0123…360€150 000A?AAA

一笔 €150 000 的贷款在 30 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 = 360
A = €
3.NPV 与 IRR中等
年0123−75 00028 00024 00023 000

一项 €75 000 的投资在第 1 年至第 3 年年末带来以下现金流:€28 000, €24 000, €23 000。资本成本为 8%。求净现值 NPV。

r = 8%CF0 = −75 000CF1 = 28 000CF2 = 24 000CF3 = 23 000
NPV = €
4.NPV 与 IRR困难
年012−10 0004 5006 500

某项目投入 €10 000,在第 1 年至第 2 年年末每年回收 €4 500, €6 500。求其内部收益率 IRR(百分数)。

CF0 = −10 000CF1 = 4 500CF2 = 6 500
IRR = %
5.债券定价与收益率中等
年01234P€80€80€80 + €1 000

一只面值为 €1 000 的债券每年支付 8% 的票息,4 年后到期。其到期收益率从 3.5% 变为 4.5%。债券价格变化多少 ΔP?

F = €1 000票面利率 = 8%n = 4y1 = 3.5%y2 = 4.5%
ΔP = €
6.债券定价与收益率困难

一只债券的交易价格为 €1 075,到期收益率为 4%(按年复利),麦考利久期为 7.9 年。如果收益率下降 100 个基点,用修正久期估计新价格 P。

P0 = €1 075y = 4%D = 7.9Δy = −100 bp
P = €
7.CAPM 与 WACC中等
WACC = ?所有者权益€8 000 000re​ = 13%债务€5 000 000rd​ = 4%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 13%,税前债务成本为 4%,税率为 21%。求 WACC。

E = €8 000 000D = €5 000 000re = 13%rd = 4%T = 21%
WACC = %
8.CAPM 与 WACC困难
rf​ = 2%, rm​ − rf​ = 5.5%D/E = 0.2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 0.2 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 2%,市场风险溢价为 5.5%。求变化后的股权资本成本 re。

βL = 1D/E1 = 0.2D/E2 = 1.5T = 20%rf = 2%rm − rf = 5.5%
re = %
9.描述统计中等
15202530354045505560

求数据的样本标准差 s:23, 54, 47, 22, 12, 60。

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 500,标准差为 60。数值低于 470 的比例 P 是多少?

μ = 500σ = 60x = 470
P =
11.概率中等
xp(x)00.3510.3520.3μ = 0.95

对图中的分布,求 X 的方差 Var(X)。

x: 0, 1, 2p(x): 0.35, 0.35, 0.3
Var(X) =
12.概率困难
n = 9, p = 0.25: 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 0.25,相互独立。恰好答对 2 题的概率 P 是多少?

n = 9p = 0.25k = 2
P =
13.正态分布中等
96 kg93.7 kgT = X₁ + … + X₈?

箱子的质量相互独立,服从均值 12 kg、标准差 0.8 kg 的正态分布。求其中 8 个的总质量低于 93.7 kg 的概率 P。z 取两位小数。

μ = 12 kgσ = 0.8 kgn = 8< 93.7 kg
P =
14.正态分布困难
μ = 65x = ?5%

考试成绩服从正态分布,均值为 65 分,标准差为 10 分。求数值 x,使得有 5% 的数据低于它(第 5 百分位数)。

μ = 65σ = 10P = 5%
x = 分
15.置信区间中等
μ₁ − μ₂0LUx̄₁ − x̄₂E = ?90%

比较两种手机型号的电池续航时间。型号 1:60 部手机,均值 80.5 h,已知标准差 10 h。型号 2:30 部手机,均值 72.5 h,已知标准差 3 h。 求 μ₁ − μ₂ 的 90% 置信区间的误差范围 E。

n₁ = 60x̄₁ = 80.5 hσ₁ = 10 hn₂ = 30x̄₂ = 72.5 hσ₂ = 3 h90%
E = h
16.置信区间困难
σ = 28, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 2.590%

总体标准差为 28。样本量 n 至少要多大,才能使均值的 90% 置信区间的误差范围不超过 2.5?

σ = 28E = 2.590%
n =
17.假设检验与置信区间中等
−2.14p = ?

据称某总体的均值为 500;已知总体标准差为 6。一个含 144 个观测值的随机样本均值为 498.93。检验 H₀: μ = 500 对 H₁: μ < 500。求 p 值 p。

μ₀ = 500σ = 6n = 144x̄ = 498.93H₁: μ < μ₀
p =
18.假设检验与置信区间困难
z −1.64501.645

81 次测量的样本均值为 201.3。总体标准差为 15。求均值 90% 置信区间的上限 U。

x̄ = 201.3σ = 15n = 8190%
U =
19.线性回归与相关中等
xy3615717769821191xy51060708090

表中给出 5 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 = 5
r =
20.线性回归与相关困难
xy26466148171022xy5105101520ŷ = 15

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 = 15?

n = 5ŷ = 15
x =

3溶液

1.货币的时间价值

答案: PV = 200000 €

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。

增长型永续年金

PV = C1/(r − g) = 8 000/(0.07 − 0.03) = 8 000/0.04 = €200 000.00

答案

PV = €200 000.00
2.货币的时间价值

答案: A = 632.4 €

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 = 12·30 = 360

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 = 0.407
A = 150 000·0.0025/(1 − 0.407) = €632.41

答案

A = €632.41
3.NPV 与 IRR

答案: NPV = −10240 €

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 = −75 000
CF1/(1 + 0.08)1 = 28 000/1.08 = 25 925.93
CF2/(1 + 0.08)2 = 24 000/1.166 = 20 576.13
CF3/(1 + 0.08)3 = 23 000/1.26 = 18 258.14

相加

NPV = €−10 239.80

答案

NPV = €−10 239.80

NPV 为负,因此项目收益低于要求回报率。

4.NPV 与 IRR

答案: IRR = 6.203 %

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(5%) = 181.41
NPV(10%) = −537.19

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 ≈ 5 + 5·181.41/(181.41 − (−537.19)) = 6.262%
精确: NPV(6.203%) = 0 → IRR = 6.203%

答案

IRR = 6.203%
5.债券定价与收益率

答案: ΔP = −39.73 €

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。

按原收益率计算的价格

C = €80.00, i = 0.035, N = 4
€80.00·(1 − 0.8714)/0.035 + €1 000·0.8714 = €293.85 + €871.44 = €1 165.29

按新收益率计算的价格

C = €80.00, i = 0.045, N = 4
€80.00·(1 − 0.8386)/0.045 + €1 000·0.8386 = €287.00 + €838.56 = €1 125.56

变化

ΔP = 1 125.56 − 1 165.29 = −€39.73

答案

ΔP = −€39.73
6.债券定价与收益率

答案: P = 1157 €

久期:麦考利久期是债券支付各笔现金流的加权平均时间,以各笔现金流的现值为权重:D = Σ t·PVₜ/P。修正久期 D/(1 + y) 用于估计收益率小幅变化时价格变化的百分比:%ΔP ≈ −Dmod·Δy。

修正久期

Dmod = 7.9/1.04 = 7.596

估计的价格变化

%ΔP ≈ −7.596·(−0.01) = 7.596%
P ≈ 1075·(1 + 0.07596) = €1 156.66

答案

P = €1 156.66

久期是线性估计;收益率变化较大时,凸性会使实际价格略高一些。

7.CAPM 与 WACC

答案: WACC = 9.215 %

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 = 0.6154·13% + 0.3846·4%·(1 − 0.21) = 9.215%

答案

WACC = 9.215%
8.CAPM 与 WACC

答案: re = 12.43 %

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 + 0.8·0.2) = 0.8621

按新的 D/E 重新加杠杆

βL = 0.8621·(1 + 0.8·1.5) = 1.897

股权成本(CAPM)

re = 2% + 1.897·5.5% = 12.43%

答案

re = 12.43%
9.描述统计

答案: s = 19.81

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 = 218/6 = 36.33

离差平方

Σ(x − x̄)² = (−13.33)² + 17.67² + 10.67² + (−14.33)² + (−24.33)² + 23.67² = 1961

标准差

s = √(1961/5) = 19.81

答案

s = 19.81
10.描述统计

答案: P = 0.3085

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 = −0.5

标准正态分布表

Φ(−0.5) = 0.3085
P = 0.3085

答案

P = 0.3085
11.概率

答案: Var(X) = 0.6475

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 + 1·0.35 + 2·0.3 = 0.95

平方的均值

E(X²) = 0·0.35 + 1·0.35 + 4·0.3 = 1.55

方差

Var(X) = 1.55 − 0.95² = 0.6475

答案

Var(X) = 0.6475
12.概率

答案: P = 0.3003

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) = 36·0.252·0.757 = 36·0.0625·0.1335 = 0.3003

答案

P = 0.3003
13.正态分布

答案: P = 0.1539

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)。

总和的分布

μT = 96 kg, σT = 0.8·√8 = 2.263 kg

标准化

z = (93.7 − 96)/2.263 = −1.02

概率

P = Φ(−1.02) = 0.1539

答案

P = 0.1539
14.正态分布

答案: x = 48.55 分

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) = 0.05 → z = −1.645

换算回 x

x = 65 + −1.645·10 = 48.55 分

答案

x = 48.55 分
15.置信区间

答案: E = 2.307 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 = 80.5 − 72.5 = 8

标准误

SE = √(10²/60 + 3²/30) = 1.402

误差范围

E = 1.645·1.402 = 2.307

答案

E = 2.307 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: n = 340

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 = (1.645·28/2.5)² = 339.4

向上取整

样本量是整数,向下取整会使误差范围过大。

n = 340

答案

n = 340
17.假设检验与置信区间

答案: p = 0.01618

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 = 6/√144 = 0.5
z = (498.93 − 500)/0.5 = −2.14

尾部面积

Φ(2.14) = 0.9838
1 − Φ(2.14) = 0.0162

p 值

p = 0.01618

答案

p = 0.01618

p ≤ 0.05,所以在 5% 水平下拒绝 H₀。

18.假设检验与置信区间

答案: U = 204

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 = 1.645·15/√81 = 2.742

区间端点

U = 201.3 + 2.742 = 204

答案

U = 204
19.线性回归与相关

答案: r = 0.9934

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 = 35/5 = 7
ȳ = 381/5 = 76.2

平方和与乘积和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 142
Syy = Σ(y − ȳ)² = 510.8

相关系数

r = 142/√(40·510.8) = 0.9934

答案

r = 0.9934
20.线性回归与相关

答案: x = 6.93

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 = 65/5 = 13

平方和与乘积和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 86

回归直线

b = 86/40 = 2.15
a = 13 − 2.15·6 = 0.1
ŷ = 0.1 + 2.15·x

解出 x

x = (15 − 0.1)/2.15 = 6.93

答案

x = 6.93

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