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01234567€1 000FV = ?

你以每年 3% 的利率连续复利投资 €1 000。求 7 年后的价值 FV。

PV = €1 000r = 3%t = 7
FV = €
2.货币的时间价值困难
月0123…N = ?€25 000€1 100€1 100€1 100€1 1003.6% / 12

你以每年 3.6% 的利率借入 €25 000,按月复利,每月月末偿还 €1 100。需要多少个月才能还清贷款(最后一笔还款可以较少)?给出还款次数 N。

P = €25 000A = €1 1003.6% / 12
N = 次还款
3.NPV 与 IRR中等
年0123456−80 00015 00015 00015 00015 00015 00023 000

一台机器今天花费 €80 000。它在 6 年内每年年末产生 €15 000,之后可以以 €8 000 出售。资本成本为 10%。求净现值 NPV。

C0 = €80 000CF = €15 000S = €8 000n = 6r = 10%
NPV = €
4.NPV 与 IRR困难
年01234567−40 0008 0008 0008 0008 0008 0008 0008 000

一笔 €40 000 的投资在 7 年内每年年末回报 €8 000。求其内部收益率 IRR,以百分比表示。

C0 = €40 000CF = €8 000n = 7
IRR = %
5.债券定价与收益率中等

你在一只剩余期限为 12 年的债券(面值 €1 000,年票息 8%)到期收益率为 7% 时买入。一年后,刚收到第一笔票息,你在到期收益率为 6% 时把它卖出。求你的持有期收益率 HPR,以百分比表示。

F = €1 000票面利率 = 8%n = 12y0 = 7%y1 = 6%
HPR = %
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
βr (%)SMLrf​ = 3%β = 1rm​ = ?β = 1.4re​ = 12.1%

一只贝塔为 1.4 的股票要求回报为 12.1%。无风险利率为 3%。CAPM 隐含的预期市场回报 rm 是多少?

β = 1.4re = 12.1%rf = 3%
rm = %
8.CAPM 与 WACC困难
WACC = ?所有者权益2 000 000 × €56.00β = 0.8rf​ = 3.5%, rm​ = 8.5%债务10 000 × €1 020rd​ = 4%T = 20%

某公司有2 000 000 股、每股 €56.00 的股票,以及 10 000 张、每张市价 €1 020 的债券。税前债务成本为 4%,税率为 20%。股票的 β 系数为 0.8,无风险利率为 3.5%,市场回报率为 8.5%。求 WACC。

β = 0.8rf = 3.5%rm = 8.5%rd = 4%T = 20%
WACC = %
9.描述统计中等
152025303540455055

求数据的样本标准差 s:44, 26, 12, 32, 56, 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 50,标准差为 20。求成绩 10 的 z 分数 z。

μ = 50σ = 20x = 10
z =
11.概率中等
P(至少一个六点) = ??1?2?3每次掷出 P(六点) = 1/6

一颗均匀骰子掷 3 次。至少掷出一次六点的概率 P 是多少?

n = 3
P =
12.概率困难
xp(x)00.2510.220.330.25μ

X 的分布如图所示,Y = 5X + 10。求 Y 的标准差 σY。

x: 0, 1, 2, 3p(x): 0.25, 0.2, 0.3, 0.25Y = 5X + 10
σY =
13.正态分布中等
200 kg202.8 kgT = X₁ + … + X₈?

水泥袋的质量相互独立,服从均值 25 kg、标准差 0.5 kg 的正态分布。求其中 8 个的总质量低于 202.8 kg 的概率 P。z 取两位小数。

μ = 25 kgσ = 0.5 kgn = 8< 202.8 kg
P =
14.正态分布困难
557085100115130145分底部 60%

智商分数 服从正态分布,均值为 100 分,标准差为 15 分。拖动截断值,使阴影的后 60% 位于其左侧。求截断值 x。

μ = 100 分σ = 15 分60%
x = 分
15.置信区间中等
n = 20, sd​ = 3.80LUd̄ = 3.2E = ?95%

测量 20 名患者治疗前后的血压。差值 d = 治疗前 − 治疗后 (mmHg) 的均值为 3.2,标准差为 3.8。 求平均差值的 95% 置信区间的误差范围 E。

n = 20d̄ = 3.2sd = 3.895%t(19) = 2.093
E = mmHg
16.置信区间困难
σ = 27, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 490%

总体标准差为 27。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 4?

σ = 27E = 490%
n =
17.假设检验与置信区间中等
−2.0642.064t = ?df = 24

比较两种教学方法。第 1 组:15 名学生,平均分 57.5,标准差 9.5。第 2 组:11 名学生,平均分 68.5,标准差 10.5。假设总体方差相等,使用合并方差的两样本 t 检验。取差值为 x̄₁ − x̄₂(第 1 组减第 2 组),求 H₀: μ₁ = μ₂ 的检验统计量 t。

n₁ = 15x̄₁ = 57.5s₁ = 9.5n₂ = 11x̄₂ = 68.5s₂ = 10.5
t =
18.假设检验与置信区间困难
μ₀x̄c

在 α = 0.01 下,用容量为 64 的样本对 H₀: μ = 50 与 H₁: μ < 50 进行单侧 z 检验;已知标准差为 16。实际上均值为 45。 求该检验的功效 1 − β,以百分比表示。

μ₀ = 50μ = 45σ = 16n = 64α = 0.01
1 − β = %
19.线性回归与相关中等
xy284186248311040xy51010203040

表中给出 5 对观测值 x = 荷载 (kN) 和 y = 伸长量 (mm)。 求最小二乘直线的决定系数 r²。

n = 5
r² =
20.线性回归与相关困难
xy146617782096231102612529138xy15202530100x = 27.5

表中给出 6 对观测值 x = 温度 (°C) 和 y = 冰淇淋销量。 使用最小二乘直线 ŷ = a + b·x。 预测 x = 27.5 时的 ŷ。

n = 6x = 27.5
ŷ =

3溶液

1.货币的时间价值

答案: FV = 1234 €

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 = 0.03·7 = 0.21
e0.21 = 1.234

终值

FV = 1 000·1.234 = €1 233.68

答案

FV = €1 233.68
2.货币的时间价值

答案: N = 24 次还款

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。

将年金公式变形

i = 0.003
(1 + i)−N = 1 − 25 000·0.003/1100 = 0.9318

用对数求解

N = −ln(0.9318)/ln(1.003) = 23.57

向上取整到整次还款

23 次全额还款后还剩少量余额,由最后一笔较少的还款还清。

N = 24

答案

N = 24 次还款
3.NPV 与 IRR

答案: NPV = −10155 €

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

15 000·4.355 = 65 328.91

残值的现值

8 000/1.772 = 4 515.79

NPV

NPV = −80 000 + 65 328.91 + 4 515.79 = −€10 155.30

答案

NPV = −€10 155.30
4.NPV 与 IRR

答案: IRR = 9.196 %

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)−7)/i = 40 000/8 000 = 5

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 = 9%: 5.033
i = 10%: 4.868
IRR = 9.196%

答案

IRR = 9.196%
5.债券定价与收益率

答案: HPR = 14.67 %

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。

买入价

C = €80.00, i = 0.07, N = 12
€80.00·(1 − 0.444)/0.07 + €1 000·0.444 = €635.41 + €444.01 = €1 079.43

卖出价

C = €80.00, i = 0.06, N = 11
€80.00·(1 − 0.5268)/0.06 + €1 000·0.5268 = €630.95 + €526.79 = €1 157.74

持有期收益率

HPR = (80 + 1 157.74 − 1 079.43)/1 079.43 = 14.67%

答案

HPR = 14.67%
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: rm = 9.5 %

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)。

市场风险溢价

rm − rf = (12.1% − 3%)/1.4 = 6.5%

市场回报

rm = 3% + 6.5% = 9.5%

答案

rm = 9.5%
8.CAPM 与 WACC

答案: WACC = 7.141 %

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·€56.00 = €112 000 000
D = 10 000·€1 020 = €10 200 000

股权成本(CAPM)

re = 3.5% + 0.8·5% = 7.5%

权重

V = €122 200 000, E/V = 0.9165, D/V = 0.08347

WACC

WACC = 0.9165·7.5% + 0.08347·4%·(1 − 0.2) = 7.141%

答案

WACC = 7.141%
9.描述统计

答案: s = 15.85

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 = 192/6 = 32

离差平方

Σ(x − x̄)² = 12² + (−6)² + (−20)² + 0² + 24² + (−10)² = 1256

标准差

s = √(1256/5) = 15.85

答案

s = 15.85
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 = (10 − 50)/20 = −2

答案

z = −2
11.概率

答案: P = 0.4213

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。

补事件

P(没有六点) = (5/6)3 = 0.5787
P = 1 − 0.5787 = 0.4213

答案

P = 0.4213
12.概率

答案: σY = 5.585

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。

X 的离散程度

μ = 1.55, Var(X) = 1.247, σX = 1.117

线性变换

σY = |5|·1.117 = 5.585

答案

σY = 5.585

均值确实会改变:E(Y) = 5·1.55 + 10 = 17.75。

13.正态分布

答案: P = 0.9761

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 = 200 kg, σT = 0.5·√8 = 1.414 kg

标准化

z = (202.8 − 200)/1.414 = 1.98

概率

P = Φ(1.98) = 0.9761

答案

P = 0.9761
14.正态分布

答案: x = 103.8 分

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。

左侧的面积

Φ(z) = 0.6

由表得到的 z

z ≈ 0.25

回到原来的单位

x = 100 + 0.25·15 = 103.8 分

答案

x = 103.8 分
15.置信区间

答案: E = 1.778 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 = 19, t = 2.093

误差范围

E = 2.093·3.8/√20 = 1.778

答案

E = 1.778 mmHg
16.置信区间

答案: n = 124

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 = (1.645·27/4)² = 123.3

向上取整

样本量是整数,向下取整会使误差范围过大。

n = 124

答案

n = 124
17.假设检验与置信区间

答案: t = −2.791

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.

合并方差

sp² = (14·9.5² + 10·10.5²)/24 = 98.58
sp = 9.929

标准误

SE = 9.929·√(1/15 + 1/11) = 3.941

检验统计量

t = (57.5 − 68.5)/3.941 = −2.791

答案

t = −2.791

df = 24 时,双侧 5% 的临界值为 2.064;|t| 更大,所以拒绝 H₀。

18.假设检验与置信区间

答案: 1 − β = 56.91 %

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 = 16/√64 = 2
x̄c = 50 − 2.326·2 = 45.35

真实均值下的 z

z = (45.35 − 45)/2 = 0.174

功率

功效 = P(Z < 0.174) = 56.91%
1 − β = 56.91%

答案

1 − β = 56.91%
19.线性回归与相关

答案: r² = 0.9935

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 = 121/5 = 24.2

平方和与乘积和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 154
Syy = Σ(y − ȳ)² = 596.8

决定系数

r² = 154²/(40·596.8) = 0.9935

答案

r² = 0.9935

y 的变异中约有 99.35% 可由该直线解释。

20.线性回归与相关

答案: ŷ = 131.6

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 = 129/6 = 21.5
ȳ = 613/6 = 102.2

平方和与乘积和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 157.5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 772.5

回归直线

b = 772.5/157.5 = 4.905
a = 102.2 − 4.905·21.5 = −3.286
ŷ = −3.286 + 4.905·x

预测

ŷ = −3.286 + 4.905·27.5 = 131.6

答案

ŷ = 131.6

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