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0123456€5 000FV = ?

你以每年 3% 的利率连续复利投资 €5 000。求 6 年后的价值 FV。

PV = €5 000r = 3%t = 6
FV = €
2.货币的时间价值困难
月0123…228€100€100€100FV = ?

你在 19 年内每月月末存入 €100。账户年利率 3.6%,按月复利。期末共存了多少?求 FV。

A = €1003.6% / 12N = 228
FV = €
3.NPV 与 IRR中等
年0123456€50 000€5 000€5 000€5 000€5 000€5 000€5 000r = 5%, EAC = ?

一台机器今天花费 €50 000,使用 6 年,每年运行费用为 €5 000(每年年末支付)。资本成本为 5%。求其等值年成本 EAC。

C0 = €50 000M = €5 000n = 6r = 5%
EAC = €
4.NPV 与 IRR困难
年0123−80 00030 00030 00030 000

一笔 €80 000 的投资在 3 年内每年年末回报 €30 000。求其内部收益率 IRR,以百分比表示。

C0 = €80 000CF = €30 000n = 3
IRR = %
5.债券定价与收益率中等
半年0123456€22.50€22.50€22.50 + €1 000P = ?

一张面值为 €1 000 的债券,年票面利率为 4.5%,每半年付息一次,3 年后到期。到期收益率为每年 2.5%。 求该债券的价格 P。

F = €1 000票面利率 = 4.5%YTM = 2.5%n = 3
P = €
6.债券定价与收益率困难
年01234€1 070€80€80 + €1 000

一张面值为 €1 000、年票面利率为 8% 的债券 4 年后到期,售价为 €1 070。求其到期收益率 YTM,以百分比表示。

F = €1 000票面利率 = 8%n = 4P = €1 070
YTM = %
7.CAPM 与 WACC中等
WACC = ?普通股€4 000 000re​ = 10%优先股€2 000 000rp​ = 6%债务€4 000 000rd​ = 6%T = 21%

一家公司的融资由价值 €4 000 000 的普通股、价值 €2 000 000 的优先股和价值 €4 000 000 的债务构成。股权资本成本为 10%,优先股成本为 6%,税前债务成本为 6%。税率为 21%。求 WACC。

E = €4 000 000Ps = €2 000 000D = €4 000 000re = 10%rp = 6%rd = 6%T = 21%
WACC = %
8.CAPM 与 WACC困难
WACC = ?所有者权益5 000 000 × €25.00β = 1.8rf​ = 1%, rm​ = 6%债务5 000 × €1 000rd​ = 5%T = 25%

某公司有5 000 000 股、每股 €25.00 的股票,以及 5 000 张、每张市价 €1 000 的债券。税前债务成本为 5%,税率为 25%。股票的 β 系数为 1.8,无风险利率为 1%,市场回报率为 6%。求 WACC。

β = 1.8rf = 1%rm = 6%rd = 5%T = 25%
WACC = %
9.描述统计中等
202530354045

求数据的样本标准差 s:16, 33, 45, 17, 37, 24, 48。

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 170,标准差为 20。数值低于 210 的比例 P 是多少?

μ = 170σ = 20x = 210
P =
11.概率中等
xp(x)00.320.1540.360.25μ = 3

对图中的分布,求 X 的标准差 σ。

x: 0, 2, 4, 6p(x): 0.3, 0.15, 0.3, 0.25
σ =
12.概率困难
n = 6, p = 0.3: P(X = 5) = ?k0123456

一份测试有 6 道选择题。一名靠猜的学生每题答对的概率为 0.3,相互独立。恰好答对 5 题的概率 P 是多少?

n = 6p = 0.3k = 5
P =
13.正态分布中等
70.75130.75P = ?

智商分数服从正态分布,均值为 100 分,标准差为 15 分。介于 70.75 和 130.75 分 之间的比例是多少?P 以小数表示。

μ = 100σ = 15x1 = 70.75x2 = 130.75
P =
14.正态分布困难
0.03 mm0D − d?

孔径 D 服从均值 25.03 mm、标准差 0.015 mm 的正态分布。轴径 d 独立,服从均值 25 mm、标准差 0.02 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 = 25.03 mm, σ = 0.015 mm轴: μ = 25 mm, σ = 0.02 mm
P =
15.置信区间中等
x̄E₁ = 6.795%, n = 36x̄E₂ = ?90%, n = 36

基于 36 个观测值且 σ 已知的均值 95% 置信区间,其误差范围为 6.7。 用同样的数据计算 90% 区间,其误差范围 E₂ 是多少?

95%n₁ = 36E₁ = 6.790%
E₂ =
16.置信区间困难
σ = 16, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 2.599%

总体标准差为 16。样本量 n 至少要多大,才能使均值的 99% 置信区间的误差范围不超过 2.5?

σ = 16E = 2.599%
n =
17.假设检验与置信区间中等
−2.1312.131t = ?df = 15

比较两种教学方法。第 1 组:7 名学生,平均分 58.5,标准差 9。第 2 组:10 名学生,平均分 54.4,标准差 2.5。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 = 7x̄₁ = 58.5s₁ = 9n₂ = 10x̄₂ = 54.4s₂ = 2.5
t =
18.假设检验与置信区间困难
H₀H₁μ₀x̄cμ₀ + 2α = 0.05βσ = 15, 功效 90%, n = ?

在 α = 0.05 下的单侧 z 检验,必须以 90% 的功效检测出均值 2 个单位的偏移。标准差为 15。求最小样本量 n。

α = 0.05功效 = 90%δ = 2σ = 15zα = 1.645zβ = 1.282
n =
19.线性回归与相关中等
xy34755876297911861396xy5106080100

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
xy34354775696511731388xy510406080ŷ = 44

表中给出 6 对观测值 x = 广告支出 (k€) 和 y = 销售额 (k€)。 使用最小二乘直线 ŷ = a + b·x。 x 取何值 x 时,直线预测 ŷ = 44?

n = 6ŷ = 44
x =

3溶液

1.货币的时间价值

答案: FV = 5986 €

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 = 0.03·6 = 0.18
e0.18 = 1.197

终值

FV = 5 000·1.197 = €5 986.09

答案

FV = €5 986.09
2.货币的时间价值

答案: FV = 32659 €

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 = 0.036000000000000004/12 = 0.003
N = 12·19 = 228

存款的终值

FV = A·((1 + i)N − 1)/i = 100·(1.98 − 1)/0.003 = €32 658.69

答案

FV = €32 658.69

你自己存入了 €22 800;其余是利息。

3.NPV 与 IRR

答案: EAC = 14851 €

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 − 1.05−6)/0.05 = 5.076

年化购置价格

50 000/5.076 = 9 850.87

EAC

EAC = 9 850.87 + 5 000 = €14 850.87

答案

EAC = €14 850.87
4.NPV 与 IRR

答案: IRR = 6.129 %

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)−3)/i = 80 000/30 000 = 2.667

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 = 6%: 2.673
i = 7%: 2.624
IRR = 6.129%

答案

IRR = 6.129%
5.债券定价与收益率

答案: P = 1057 €

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 = €22.50, i = 0.0125, N = 6

票息的现值

€22.50·(1 − 0.9282)/0.0125 = €129.29

面值的现值

€1 000·0.9282 = €928.17

价格

P = €1 057.46

答案

P = €1 057.46

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: YTM = 5.981 %

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

€1 070 = €80·(1 − (1 + y)⁻⁴)/y + €1 000/(1 + y)⁴

数值求解

P(5%) = €1 106.38, P(6%) = €1 069.30
YTM = 5.981%

答案

YTM = 5.981%
7.CAPM 与 WACC

答案: WACC = 7.096 %

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 = 4 000 000 + 2 000 000 + 4 000 000 = €10 000 000
E/V = 0.4, Ps/V = 0.2, D/V = 0.4

WACC

WACC = 0.4·10% + 0.2·6% + 0.4·6%·(1 − 0.21) = 7.096%

答案

WACC = 7.096%
8.CAPM 与 WACC

答案: WACC = 9.76 %

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·€25.00 = €125 000 000
D = 5 000·€1 000 = €5 000 000

股权成本(CAPM)

re = 1% + 1.8·5% = 10%

权重

V = €130 000 000, E/V = 0.9615, D/V = 0.03846

WACC

WACC = 0.9615·10% + 0.03846·5%·(1 − 0.25) = 9.76%

答案

WACC = 9.76%
9.描述统计

答案: s = 12.87

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 = 220/7 = 31.43

离差平方

Σ(x − x̄)² = (−15.43)² + 1.571² + 13.57² + (−14.43)² + 5.571² + (−7.429)² + 16.57² = 993.7

标准差

s = √(993.7/6) = 12.87

答案

s = 12.87
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 = 2.324

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 + 2·0.15 + 4·0.3 + 6·0.25 = 3

平方的均值

E(X²) = 0·0.3 + 4·0.15 + 16·0.3 + 36·0.25 = 14.4

方差

Var(X) = 14.4 − 3² = 5.4
σ = √5.4 = 2.324

答案

σ = 2.324
12.概率

答案: P = 0.01021

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 = 5) = 6·0.35·0.71 = 6·0.00243·0.7 = 0.01021

答案

P = 0.01021
13.正态分布

答案: P = 0.9542

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 = (70.75 − 100)/15 = −1.95
z₂ = (130.75 − 100)/15 = 2.05

中间面积

P = Φ(2.05) − Φ(−1.95) = 0.9798 − 0.02559 = 0.9542

答案

P = 0.9542
14.正态分布

答案: P = 0.8849

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 = 25.03 − 25 = 0.03 mm, σ = 0.025 mm

标准化

z = (0 − 0.03)/0.025 = −1.2

概率

P = 1 − Φ(−1.2) = 0.8849

答案

P = 0.8849
15.置信区间

答案: E₂ = 5.623

Confidence interval for a mean: x̄ ± margin of error. With a known population σ the margin is z·σ/√n; with only the sample standard deviation s, use t with n − 1 degrees of freedom: t·s/√n. Critical values: z = 1.645 (90%), 1.96 (95%), 2.576 (99%). To get a margin E or smaller, you need n ≥ (z·σ/E)², rounded up.

误差范围之比

E₂/E₁ = (1.645/1.96)·√(36/36) = 0.8393

新的误差范围

E₂ = 6.7·0.8393 = 5.623

答案

E₂ = 5.623
16.置信区间

答案: n = 272

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 = (2.576·16/2.5)² = 271.8

向上取整

样本量是整数,向下取整会使误差范围过大。

n = 272

答案

n = 272
17.假设检验与置信区间

答案: t = 1.384

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 = (6·9² + 9·2.5²)/15 = 36.15
sp = 6.012

标准误

SE = 6.012·√(1/7 + 1/10) = 2.963

检验统计量

t = (58.5 − 54.4)/2.963 = 1.384

答案

t = 1.384

df = 15 时,双侧 5% 的临界值为 2.131;|t| 更小,所以不拒绝 H₀。

18.假设检验与置信区间

答案: n = 482

检验的样本量:在水平 α 下的单侧 z 检验中,要以功效 1 − β 检测出真实偏移 δ,标准误必须满足 δ = (z_α + z_β)·σ/√n,所以 n = ((z_α + z_β)·σ/δ)²,向上取整。

解出 n

n = ((1.645 + 1.282)·15/2)² = 481.9

向上取整

n = 482

答案

n = 482
19.线性回归与相关

答案: r = 0.9916

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 = 48/6 = 8
ȳ = 428/6 = 71.33

平方和与乘积和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 346
Syy = Σ(y − ȳ)² = 1739

相关系数

r = 346/√(70·1739) = 0.9916

答案

r = 0.9916
20.线性回归与相关

答案: x = 3.962

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 = 48/6 = 8
ȳ = 372/6 = 62

平方和与乘积和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 312

回归直线

b = 312/70 = 4.457
a = 62 − 4.457·8 = 26.34
ŷ = 26.34 + 4.457·x

解出 x

x = (44 − 26.34)/4.457 = 3.962

答案

x = 3.962

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