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012345PV = ?€3 000€3 000€3 000€3 000

一份年金在每年年末支付 €3 000,共 5 年。年利率为 7%。求该年金的现值 PV。

A = €3 000i = 7%n = 5
PV = €
2.货币的时间价值困难
月0123…144A?AA€25 000

你希望在 12 年后得到 €25 000。你在每月月末把相同的金额存入一个年利率 2.4%、按月复利的账户。求每月存款额 A。

FV = €25 0002.4% / 12N = 144
A = €
3.NPV 与 IRR中等
年01234−45 00020 00017 00013 00012 000

一项 €45 000 的投资在第 1 年至第 4 年年末带来以下现金流:€20 000, €17 000, €13 000, €12 000。资本成本为 6%。求净现值 NPV。

r = 6%CF0 = −45 000CF1 = 20 000CF2 = 17 000CF3 = 13 000CF4 = 12 000
NPV = €
4.NPV 与 IRR困难
年0123−50 00024 00025 00022 500

一个项目需投入 €50 000,在第 1 年到第 3 年的每年年末回报 €24 000, €25 000, €22 500。现金流可按 6% 的资本成本再投资。求修正内部收益率 MIRR,以百分比表示。

r = 6%CF0 = −50 000CF1 = 24 000CF2 = 25 000CF3 = 22 500
MIRR = %
5.债券定价与收益率中等
年0123…15P€45€45€45 + €1 000

一只面值为 €1 000 的债券每年支付 4.5% 的票息,15 年后到期。其到期收益率从 5.5% 变为 5%。债券价格变化多少 ΔP?

F = €1 000票面利率 = 4.5%n = 15y1 = 5.5%y2 = 5%
ΔP = €
6.债券定价与收益率困难
年01234P€30€30€30 + €1 000

一只面值为 €1 000 的债券每年支付 3% 的票息,4 年后到期。到期收益率为 5.5%。求麦考利久期 D,以年表示。

F = €1 000票面利率 = 3%n = 4YTM = 5.5%
D = 年
7.CAPM 与 WACC中等
βr (%)SMLrf​ = 2.5%β = 1rm​ = ?β = 1.6re​ = 12.9%

一只贝塔为 1.6 的股票要求回报为 12.9%。无风险利率为 2.5%。CAPM 隐含的预期市场回报 rm 是多少?

β = 1.6re = 12.9%rf = 2.5%
rm = %
8.CAPM 与 WACC困难
WACC = ?所有者权益5 000 000 × €12.50β = 0.6rf​ = 4%, rm​ = 11%债务10 000 × €960rd​ = 4.5%T = 25%

某公司有5 000 000 股、每股 €12.50 的股票,以及 10 000 张、每张市价 €960 的债券。税前债务成本为 4.5%,税率为 25%。股票的 β 系数为 0.6,无风险利率为 4%,市场回报率为 11%。求 WACC。

β = 0.6rf = 4%rm = 11%rd = 4.5%T = 25%
WACC = %
9.描述统计中等
25303540455055

求数据的样本标准差 s:47, 23, 59, 35, 42。

n = 5
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 100,标准差为 15。求成绩 109 的 z 分数 z。

μ = 100σ = 15x = 109
z =
11.概率中等
xp(x)00.310.120.130.3540.15μ = 1.95

对图中的分布,求 X 的标准差 σ。

x: 0, 1, 2, 3, 4p(x): 0.3, 0.1, 0.1, 0.35, 0.15
σ =
12.概率困难
n = 6, p = 0.5: P(X ≤ 1) = ?k0123456

测试 6 个元件,每个独立地以概率 0.5 失效。至多一个失效的概率 P 是多少?

n = 6p = 0.5
P =
13.正态分布中等
160 g162.4 gT = X₁ + … + X₄?

螺栓的质量相互独立,服从均值 40 g、标准差 1.2 g 的正态分布。求其中 4 个的总质量低于 162.4 g 的概率 P。z 取两位小数。

μ = 40 gσ = 1.2 gn = 4< 162.4 g
P =
14.正态分布困难
157164171178185192199cm顶部 30%

成年男性的身高 服从正态分布,均值为 178 cm,标准差为 7 cm。拖动截断值,使阴影的前 30% 位于其右侧。求截断值 x。

μ = 178 cmσ = 7 cm30%
x = cm
15.置信区间中等
n = 11, sd​ = 4.60LUd̄ = 7.9E = ?95%

测量 11 名患者治疗前后的血压。差值 d = 治疗前 − 治疗后 (mmHg) 的均值为 7.9,标准差为 4.6。 求平均差值的 95% 置信区间的误差范围 E。

n = 11d̄ = 7.9sd = 4.695%t(10) = 2.228
E = mmHg
16.置信区间困难
p ≈ 0.7, n = ?p̂ − Ep̂ + Ep̂E = 0.0590%

一项预研究表明,约有 0.7 的产品有缺陷。 必须检验多少件产品 n,才能使比例的 90% 置信区间的误差范围不超过 0.05?

p ≈ 0.7E = 0.0590%
n =
17.假设检验与置信区间中等
t −1.98401.984

100 名学生的样本平均分为 99.28,样本标准差为 8。求 H₀: μ = 100 的检验统计量 t。

μ₀ = 100x̄ = 99.28s = 8n = 100
t =
18.假设检验与置信区间困难
z −1.64501.645

64 次测量的样本均值为 118.1。总体标准差为 10。求均值 90% 置信区间的下限 L。

x̄ = 118.1σ = 10n = 6490%
L =
19.线性回归与相关中等
xy344444550657757864xy4685060

表中给出 6 对观测值 x = 广告支出 (k€) 和 y = 销售额 (k€)。 求皮尔逊相关系数 r。

n = 6
r =
20.线性回归与相关困难
xy16431861207322802483xy20406080x = 17

表中给出 5 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。 新得到一个观测值 (17, 57)。求其残差 e = y − ŷ。

n = 5(17, 57)
e =

3溶液

1.货币的时间价值

答案: PV = 12301 €

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 − 0.713)/0.07 = 4.1

现值

PV = 3 000·4.1 = €12 300.59

答案

PV = €12 300.59
2.货币的时间价值

答案: A = 150 €

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 = 0.024/12 = 0.002
N = 12·12 = 144

存款额

A = FV·i/((1 + i)N − 1) = 25 000·0.002/(1.333 − 1) = €149.98

答案

A = €149.98
3.NPV 与 IRR

答案: NPV = 9418 €

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 = −45 000
CF1/(1 + 0.06)1 = 20 000/1.06 = 18 867.92
CF2/(1 + 0.06)2 = 17 000/1.124 = 15 129.94
CF3/(1 + 0.06)3 = 13 000/1.191 = 10 915.05
CF4/(1 + 0.06)4 = 12 000/1.262 = 9 505.12

相加

NPV = €9 418.04

答案

NPV = €9 418.04

NPV 为正,因此项目收益高于要求回报率。

4.NPV 与 IRR

答案: MIRR = 14.96 %

修正 IRR:把每笔流入按再投资利率(通常为资本成本)复利到项目结束,得到终值 TV。MIRR 是把初始投资变为 TV 的利率:MIRR = (TV/C₀)^(1/n) − 1。

流入的终值

24 000·1.062 = 26 966.40
25 000·1.061 = 26 500.00
22 500·1.060 = 22 500.00
TV = 75 966.40

MIRR

MIRR = (75 966.40/50 000)1/3 − 1 = 14.96%

答案

MIRR = 14.96%
5.债券定价与收益率

答案: ΔP = 48.48 €

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 = €45.00, i = 0.055, N = 15
€45.00·(1 − 0.4479)/0.055 + €1 000·0.4479 = €451.69 + €447.93 = €899.62

按新收益率计算的价格

C = €45.00, i = 0.05, N = 15
€45.00·(1 − 0.481)/0.05 + €1 000·0.481 = €467.08 + €481.02 = €948.10

变化

ΔP = 948.10 − 899.62 = €48.48

答案

ΔP = €48.48
6.债券定价与收益率

答案: D = 3.819 年

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。

各笔现金流的现值

t = 1: 30/1.055 = 28.44, t·PV = 28.44
t = 2: 30/1.113 = 26.95, t·PV = 53.91
t = 3: 30/1.174 = 25.55, t·PV = 76.65
t = 4: 1030/1.239 = 831.43, t·PV = 3 325.73

久期

P = 912.37
D = 3 484.72/912.37 = 3.819

答案

D = 3.819 年
7.CAPM 与 WACC

答案: rm = 9 %

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 = (12.9% − 2.5%)/1.6 = 6.5%

市场回报

rm = 2.5% + 6.5% = 9%

答案

rm = 9%
8.CAPM 与 WACC

答案: WACC = 7.558 %

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 = 5 000 000·€12.50 = €62 500 000
D = 10 000·€960 = €9 600 000

股权成本(CAPM)

re = 4% + 0.6·7% = 8.2%

权重

V = €72 100 000, E/V = 0.8669, D/V = 0.1331

WACC

WACC = 0.8669·8.2% + 0.1331·4.5%·(1 − 0.25) = 7.558%

答案

WACC = 7.558%
9.描述统计

答案: s = 13.42

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 = 206/5 = 41.2

离差平方

Σ(x − x̄)² = 5.8² + (−18.2)² + 17.8² + (−6.2)² + 0.8² = 720.8

标准差

s = √(720.8/4) = 13.42

答案

s = 13.42
10.描述统计

答案: z = 0.6

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 = (109 − 100)/15 = 0.6

答案

z = 0.6
11.概率

答案: σ = 1.499

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 = 0·0.3 + 1·0.1 + 2·0.1 + 3·0.35 + 4·0.15 = 1.95

平方的均值

E(X²) = 0·0.3 + 1·0.1 + 4·0.1 + 9·0.35 + 16·0.15 = 6.05

方差

Var(X) = 6.05 − 1.95² = 2.248
σ = √2.248 = 1.499

答案

σ = 1.499
12.概率

答案: P = 0.1094

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。

零个和一个失效

P(X = 0) = 0.56 = 0.01563
P(X = 1) = 6·0.5·0.55 = 0.09375

相加

P = 0.01563 + 0.09375 = 0.1094

答案

P = 0.1094
13.正态分布

答案: P = 0.8413

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 = 160 g, σT = 1.2·√4 = 2.4 g

标准化

z = (162.4 − 160)/2.4 = 1

概率

P = Φ(1) = 0.8413

答案

P = 0.8413
14.正态分布

答案: x = 181.6 cm

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) = 0.7

由表得到的 z

z ≈ 0.52

回到原来的单位

x = 178 + 0.52·7 = 181.6 cm

答案

x = 181.6 cm
15.置信区间

答案: E = 3.09 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 = 10, t = 2.228

误差范围

E = 2.228·4.6/√11 = 3.09

答案

E = 3.09 mmHg
16.置信区间

答案: n = 228

Confidence interval for a proportion: p̂ ± z·√(p̂(1 − p̂)/n), where p̂ = x/n. To reach a margin E you need n ≥ z²·p(1 − p)/E², rounded up; without a prior estimate use p = 0.5, which gives the largest n.

解出 n

n = 1.645²·0.7·0.3/0.05² = 227.3

向上取整

n = 228

答案

n = 228
17.假设检验与置信区间

答案: t = −0.9

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 = 8/√100 = 8/10 = 0.8

检验统计量

t = (99.28 − 100)/0.8 = −0.9

答案

t = −0.9
t0.025; df = 99 = 1.984

|t| < 1.984,所以在 5% 水平下不拒绝 H₀(双侧)。

18.假设检验与置信区间

答案: L = 116

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 = 1.645·10/√64 = 2.056

区间端点

L = 118.1 − 2.056 = 116

答案

L = 116
19.线性回归与相关

答案: r = 0.9705

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 = 33/6 = 5.5
ȳ = 316/6 = 52.67

平方和与乘积和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17.5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 73
Syy = Σ(y − ȳ)² = 323.3

相关系数

r = 73/√(17.5·323.3) = 0.9705

答案

r = 0.9705
20.线性回归与相关

答案: e = 3.85

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 = 100/5 = 20
ȳ = 340/5 = 68

平方和与乘积和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 198

回归直线

b = 198/40 = 4.95
a = 68 − 4.95·20 = −31
ŷ = −31 + 4.95·x

预测值

ŷ = −31 + 4.95·17 = 53.15

残差

e = 57 − 53.15 = 3.85

答案

e = 3.85

该点位于直线上方。

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