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 7% 的利率连续复利投资 €1 000。求 7 年后的价值 FV。

PV = €1 000r = 7%t = 7
FV = €
2.货币的时间价值困难
月01…192…300€250 000AB = ?A3.6% / 12

一笔 €250 000 的抵押贷款在 25 年内按月等额偿还,年利率 3.6%,按月复利。在第 16 年年末那次还款之后,还欠多少?求未偿余额 B。

P = €250 0003.6% / 12N = 300k = 192
B = €
3.NPV 与 IRR中等
年01234−45 00022 00012 00018 00019 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:€22 000, €12 000, €18 000, €19 000。资本成本为 10%。求净现值 NPV。

r = 10%CF0 = −45 000CF1 = 22 000CF2 = 12 000CF3 = 18 000CF4 = 19 000
NPV = €
4.NPV 与 IRR困难
年0123…9−20 0003 5003 5003 5003 500

一笔 €20 000 的投资在 9 年内每年年末回报 €3 500。求其内部收益率 IRR,以百分比表示。

C0 = €20 000CF = €3 500n = 9
IRR = %
5.债券定价与收益率中等
年0123…11€929C = ?C = ?C = ? + €1 000

一只面值为 €1 000 的债券在 11 年后到期,每年付息。到期收益率为 8% 时其售价为 €929。求票面利率 c,以百分比表示。

F = €1 000n = 11P = €929YTM = 8%
c = %
6.债券定价与收益率困难
年0123€1 040€80€80 + €1 000

一张面值为 €1 000、年票面利率为 8% 的债券 3 年后到期,售价为 €1 040。求其到期收益率 YTM,以百分比表示。

F = €1 000票面利率 = 8%n = 3P = €1 040
YTM = %
7.CAPM 与 WACC中等
WACC = ?普通股€12 000 000re​ = 12%优先股€2 000 000rp​ = 6%债务€3 000 000rd​ = 3%T = 20%

一家公司的融资由价值 €12 000 000 的普通股、价值 €2 000 000 的优先股和价值 €3 000 000 的债务构成。股权资本成本为 12%,优先股成本为 6%,税前债务成本为 3%。税率为 20%。求 WACC。

E = €12 000 000Ps = €2 000 000D = €3 000 000re = 12%rp = 6%rd = 3%T = 20%
WACC = %
8.CAPM 与 WACC困难
WACC = ?所有者权益€5 000 000re​ = 10%债券2 000 × €970票面利率 6%, n = 8T = 21%

一家公司股权的市场价值为 €5 000 000,股权资本成本为 10%。其债务由 2 000 张债券组成(面值 €1 000,年票息 6%,剩余期限 8 年),每张交易价格为 €970。税率为 21%。以债券的到期收益率作为税前债务成本,求 WACC。

E = €5 000 000re = 10%债券: 2 000 × €970票面利率 = 6%n = 8T = 21%
WACC = %
9.描述统计中等
15202530354045

求数据的样本标准差 s:12, 46, 47, 38, 11, 31。

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 60,标准差为 5。求成绩 55 的 z 分数 z。

μ = 60σ = 5x = 55
z =
11.概率中等
xp(x)100.1200.25300.3400.35μ = 29

对图中的分布,求 X 的方差 Var(X)。

x: 10, 20, 30, 40p(x): 0.1, 0.25, 0.3, 0.35
Var(X) =
12.概率困难
xp(x)100.2200.2300.3400.3μ

X 的分布如图所示,Y = 0.5X − 3。求 Y 的标准差 σY。

x: 10, 20, 30, 40p(x): 0.2, 0.2, 0.3, 0.3Y = 0.5X − 3
σY =
13.正态分布中等
175.9192P = ?

成年男性的身高服从正态分布,均值为 178 cm,标准差为 7 cm。介于 175.9 和 192 cm 之间的比例是多少?P 以小数表示。

μ = 178σ = 7x1 = 175.9x2 = 192
P =
14.正态分布困难
10 g0X − Y?

1 号生产线产品的质量 X 与 2 号生产线产品的质量 Y相互独立且服从正态分布:X 的均值为 500 g,标准差为 8 g,Y 的均值为 490 g,标准差为 6 g。求 X 大于 Y 的概率 P。z 取两位小数。

μX = 500 g, σX = 8 gμY = 490 g, σY = 6 g
P =
15.置信区间中等
n = 12, s = 10LU = ?x̄ = 76.5E90%

一个包含 12 个个体的样本,均值为 76.5,标准差 s = 10。总体近似服从正态分布。 求均值的 90% 置信区间的上限。

n = 12x̄ = 76.5s = 1090%t(11) = 1.796
上限 =
16.置信区间困难
p = 0.5, n = ?p̂ − Ep̂ + Ep̂E = 0.02595%

事先对缺陷产品的比例一无所知。 必须检验多少件产品 n,才能使比例的 95% 置信区间的误差范围不超过 0.025?

p = 0.5E = 0.02595%
n =
17.假设检验与置信区间中等
−2.3062.306t = ?df = 8

9 名员工在培训课程前后各参加一次打字测试。记录每人的差值 d = 培训后 − 培训前(每分钟字数)。平均差值为 7.82,差值的标准差为 10.2。求 H₀: μd = 0 的配对检验统计量 t。

n = 9d̄ = 7.82sd = 10.2
t =
18.假设检验与置信区间困难
−1.961.96z = ?

在一项试验中,接受治疗 A 的 100 名患者中有 65 人康复,接受治疗 B 的 80 名患者中有 61 人康复。用合并比例求 H₀: p₁ = p₂ 的检验统计量 z。

x₁ = 65n₁ = 100x₂ = 61n₂ = 80
z =
19.线性回归与相关中等
xy29496158191023xy510101520

表中给出 5 对观测值 x = 荷载 (kN) 和 y = 伸长量 (mm)。 求皮尔逊相关系数 r。

n = 5
r =
20.线性回归与相关困难
xy284961181310201219xy510101520ŷ = 8

表中给出 6 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 = 8?

n = 6ŷ = 8
x =

3溶液

1.货币的时间价值

答案: FV = 1632 €

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 = 0.07·7 = 0.49
e0.49 = 1.632

终值

FV = 1 000·1.632 = €1 632.32

答案

FV = €1 632.32
2.货币的时间价值

答案: B = 116549 €

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。

月供

i = 0.003, N = 300
A = 250 000·0.003/(1 − (1 + 0.003)−300) = €1 265.01

剩余还款的现值

尚欠的金额必须恰好由剩余的还款还清。

N − k = 300 − 192 = 108
B = 1265·(1 − (1 + 0.003)−108)/0.003 = €116 548.82

答案

B = €116 548.82
3.NPV 与 IRR

答案: NPV = 11418 €

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 + 0.1)1 = 22 000/1.1 = 20 000.00
CF2/(1 + 0.1)2 = 12 000/1.21 = 9 917.36
CF3/(1 + 0.1)3 = 18 000/1.331 = 13 523.67
CF4/(1 + 0.1)4 = 19 000/1.464 = 12 977.26

相加

NPV = €11 418.28

答案

NPV = €11 418.28

NPV 为正,因此项目收益高于要求回报率。

4.NPV 与 IRR

答案: IRR = 10.2 %

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)−9)/i = 20 000/3 500 = 5.714

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 = 10%: 5.759
i = 11%: 5.537
IRR = 10.2%

答案

IRR = 10.2%
5.债券定价与收益率

答案: c = 7.005 %

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。

面值的现值

1000·(1 + 0.08)−11 = €428.88

票息

C = (929 − 428.88)/7.139 = €70.05

票面利率

c = 70.05/1000 = 7.005%

答案

c = 7.005%
6.债券定价与收益率

答案: YTM = 6.49 %

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

€1 040 = €80·(1 − (1 + y)⁻³)/y + €1 000/(1 + y)³

数值求解

P(6%) = €1 053.46, P(7%) = €1 026.24
YTM = 6.49%

答案

YTM = 6.49%
7.CAPM 与 WACC

答案: WACC = 9.6 %

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 = 12 000 000 + 2 000 000 + 3 000 000 = €17 000 000
E/V = 0.7059, Ps/V = 0.1176, D/V = 0.1765

WACC

WACC = 0.7059·12% + 0.1176·6% + 0.1765·3%·(1 − 0.2) = 9.6%

答案

WACC = 9.6%
8.CAPM 与 WACC

答案: WACC = 8.638 %

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)。

债务成本 (YTM)

970 = 60·(1 − (1 + y)−8)/y + 1000/(1 + y)8
y = 6.493%

市场价值

D = 2 000·€970 = €1 940 000
V = €6 940 000, E/V = 0.7205, D/V = 0.2795

WACC

WACC = 0.7205·10% + 0.2795·6.493%·(1 − 0.21) = 8.638%

答案

WACC = 8.638%
9.描述统计

答案: s = 16.07

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 = 185/6 = 30.83

离差平方

Σ(x − x̄)² = (−18.83)² + 15.17² + 16.17² + 7.167² + (−19.83)² + 0.1667² = 1291

标准差

s = √(1291/5) = 16.07

答案

s = 16.07
10.描述统计

答案: z = −1

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 = (55 − 60)/5 = −1

答案

z = −1
11.概率

答案: Var(X) = 99

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 = 10·0.1 + 20·0.25 + 30·0.3 + 40·0.35 = 29

平方的均值

E(X²) = 100·0.1 + 400·0.25 + 900·0.3 + 1600·0.35 = 940

方差

Var(X) = 940 − 29² = 99

答案

Var(X) = 99
12.概率

答案: σY = 5.5

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 = 27, Var(X) = 121, σX = 11

线性变换

σY = |0.5|·11 = 5.5

答案

σY = 5.5

均值确实会改变:E(Y) = 0.5·27 − 3 = 10.5。

13.正态分布

答案: P = 0.5952

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 = (175.9 − 178)/7 = −0.3
z₂ = (192 − 178)/7 = 2

中间面积

P = Φ(2) − Φ(−0.3) = 0.9772 − 0.3821 = 0.5952

答案

P = 0.5952
14.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)。

差的分布

μ = 500 − 490 = 10 g, σ = 10 g

标准化

z = (0 − 10)/10 = −1

概率

P = 1 − Φ(−1) = 0.8413

答案

P = 0.8413
15.置信区间

答案: 上限 = 81.68

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 = 11, t = 1.796

误差范围

E = 1.796·10/√12 = 5.185

区间

76.5 ± 5.185 → [71.32, 81.68]

答案

上限 = 81.68
16.置信区间

答案: n = 1537

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 = 1.96²·0.5·0.5/0.025² = 1537

向上取整

n = 1537

答案

n = 1537
17.假设检验与置信区间

答案: t = 2.3

Testing a mean: the test statistic measures how many standard errors the sample mean lies from the value claimed in H₀: z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n) when σ is known, t = (x̄ − μ₀)/(s/√n) when it is estimated from the sample. A confidence interval is x̄ ± (critical value)·(standard error).

平均差值的标准误

SE = 10.2/√9 = 3.4

检验统计量

t = 7.82/3.4 = 2.3

答案

t = 2.3

df = 8 时,双侧 5% 的临界值为 2.306;|t| 更小,所以不拒绝 H₀。

18.假设检验与置信区间

答案: z = −1.637

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.

样本比例

p̂₁ = 65/100 = 0.65
p̂₂ = 61/80 = 0.7625
p̂ = 126/180 = 0.7

H₀ 下的标准误

SE = √(0.7·0.3·(1/100 + 1/80)) = 0.06874

检验统计量

z = (0.65 − 0.7625)/0.06874 = −1.637

答案

z = −1.637

|z| < 1.96,所以在 5% 水平下不拒绝 H₀(双侧)。

19.线性回归与相关

答案: r = 0.9747

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 = 75/5 = 15

平方和与乘积和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 76
Syy = Σ(y − ȳ)² = 152

相关系数

r = 76/√(40·152) = 0.9747

答案

r = 0.9747
20.线性回归与相关

答案: x = 2.852

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 = 42/6 = 7
ȳ = 80/6 = 13.33

平方和与乘积和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 90

回归直线

b = 90/70 = 1.286
a = 13.33 − 1.286·7 = 4.333
ŷ = 4.333 + 1.286·x

解出 x

x = (8 − 4.333)/1.286 = 2.852

答案

x = 2.852

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