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…16€20 000FV = ?

你以每年 6% 的利率连续复利投资 €20 000。求 16 年后的价值 FV。

PV = €20 000r = 6%t = 16
FV = €
2.货币的时间价值困难
月0123…240A?AA€10 000

你希望在 20 年后得到 €10 000。你在每月月末把相同的金额存入一个年利率 4.8%、按月复利的账户。求每月存款额 A。

FV = €10 0004.8% / 12N = 240
A = €
3.NPV 与 IRR中等
年0123−60 00021 00021 00030 000

一台机器今天花费 €60 000。它在 3 年内每年年末产生 €21 000,之后可以以 €9 000 出售。资本成本为 12%。求净现值 NPV。

C0 = €60 000CF = €21 000S = €9 000n = 3r = 12%
NPV = €
4.NPV 与 IRR困难
年012−50 00037 50031 500

某项目投入 €50 000,在第 1 年至第 2 年年末每年回收 €37 500, €31 500。求其内部收益率 IRR(百分数)。

CF0 = −50 000CF1 = 37 500CF2 = 31 500
IRR = %
5.债券定价与收益率中等
半年0123…22€30€30€30 + €1 000P = ?

一张面值为 €1 000 的债券,年票面利率为 6%,每半年付息一次,11 年后到期。到期收益率为每年 5.5%。 求该债券的价格 P。

F = €1 000票面利率 = 6%YTM = 5.5%n = 11
P = €
6.债券定价与收益率困难
年01234€1 263€50€50€50 + €1 050

一只剩余期限为 17 年的债券(面值 €1 000,年票息 5%)售价 €1 263。发行人可在 4 年后以 €1 050 的赎回价格赎回。求赎回收益率 YTC,以百分比表示。

F = €1 000票面利率 = 5%P = €1 263赎回价格 = €1 050赎回时间 4 年
YTC = %
7.CAPM 与 WACC中等
WACC = 10.4%所有者权益€10 000 000re​ = ?债务€1 000 000rd​ = 6%T = 25.8%

一家公司的股权价值为 €10 000 000,债务价值为 €1 000 000。其 WACC 为 10.4%,税前债务成本为 6%,税率为 25.8%。求股权资本成本 re。

E = €10 000 000D = €1 000 000WACC = 10.4%rd = 6%T = 25.8%
re = %
8.CAPM 与 WACC困难
WACC = ?所有者权益4 000 000 × €56.00β = 0.9rf​ = 3%, rm​ = 7.5%债务5 000 × €1 020rd​ = 5%T = 21%

某公司有4 000 000 股、每股 €56.00 的股票,以及 5 000 张、每张市价 €1 020 的债券。税前债务成本为 5%,税率为 21%。股票的 β 系数为 0.9,无风险利率为 3%,市场回报率为 7.5%。求 WACC。

β = 0.9rf = 3%rm = 7.5%rd = 5%T = 21%
WACC = %
9.描述统计中等
1520253035404550

求数据的样本标准差 s:19, 14, 50, 30, 49, 29。

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 40。数值低于 468 的比例 P 是多少?

μ = 500σ = 40x = 468
P =
11.概率中等
xp(x)10.0520.1530.2540.250.35μ = 3.65

对图中的分布,求 X 的标准差 σ。

x: 1, 2, 3, 4, 5p(x): 0.05, 0.15, 0.25, 0.2, 0.35
σ =
12.概率困难
n = 8, p = 0.7: P(X ≤ 1) = ?k012345678

测试 8 个元件,每个独立地以概率 0.7 失效。至多一个失效的概率 P 是多少?

n = 8p = 0.7
P =
13.正态分布中等
750 g759.8 gX + Y?

X 服从均值 250 g、标准差 4 g 的正态分布;Y 独立,服从均值 500 g、标准差 9 g 的正态分布。求 X + Y 大于 759.8 g 的概率 P。z 取两位小数。

μX = 250, σX = 4μY = 500, σY = 9X + Y > 759.8 g
P =
14.正态分布困难
157164171178185192199cm底部 5%

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,使阴影的后 5% 位于其左侧。求截断值 x。

μ = 178 cmσ = 7 cm5%
x = cm
15.置信区间中等
x̄E₁ = 3.599%, n = 36x̄E₂ = ?95%, n = 9

基于 36 个观测值且 σ 已知的均值 99% 置信区间,其误差范围为 3.5。 基于 9 个观测值的 95% 区间,其误差范围 E₂ 是多少?

99%n₁ = 36E₁ = 3.595%n₂ = 9
E₂ =
16.置信区间困难
n = 10σ = ?Us = 11.895%

10 根机加工轴的直径样本标准差为 11.8 µm。假设直径服从正态分布,求总体标准差 95% 置信区间的下限 σ。df = 9 时,χ² 分布有 2.5% 位于 2.7 以下,2.5% 位于 19.023 以上。

n = 10s = 11.8 µmχ² = 2.7, 19.023
σ = µm
17.假设检验与置信区间中等
t −2.01102.011

49 名学生的样本平均分为 49.36,样本标准差为 5。求 H₀: μ = 50 的检验统计量 t。

μ₀ = 50x̄ = 49.36s = 5n = 49
t =
18.假设检验与置信区间困难
μ₀x̄c

在 α = 0.05 下,用容量为 36 的样本对 H₀: μ = 100 与 H₁: μ < 100 进行单侧 z 检验;已知标准差为 12。实际上均值为 96。 求该检验的功效 1 − β,以百分比表示。

μ₀ = 100μ = 96σ = 12n = 36α = 0.05
1 − β = %
19.线性回归与相关中等
xy124224324422520xy24202224

表中给出 5 对观测值 x = 车龄(年) 和 y = 价格 (k€)。 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
xy125341551758972xy54060x = 8

表中给出 5 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。 新得到一个观测值 (8, 68)。求其残差 e = y − ŷ。

n = 5(8, 68)
e =

3溶液

1.货币的时间价值

答案: FV = 52234 €

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 = 0.06·16 = 0.96
e0.96 = 2.612

终值

FV = 20 000·2.612 = €52 233.93

答案

FV = €52 233.93
2.货币的时间价值

答案: A = 24.9 €

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 = 0.048/12 = 0.004
N = 12·20 = 240

存款额

A = FV·i/((1 + i)N − 1) = 10 000·0.004/(2.607 − 1) = €24.90

答案

A = €24.90
3.NPV 与 IRR

答案: NPV = −3156 €

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

21 000·2.402 = 50 438.46

残值的现值

9 000/1.405 = 6 406.02

NPV

NPV = −60 000 + 50 438.46 + 6 406.02 = −€3 155.52

答案

NPV = −€3 155.52
4.NPV 与 IRR

答案: IRR = 25.29 %

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(25%) = 160.00
NPV(30%) = −2 514.79

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 ≈ 25 + 5·160.00/(160.00 − (−2 514.79)) = 25.3%
精确: NPV(25.29%) = 0 → IRR = 25.29%

答案

IRR = 25.29%
5.债券定价与收益率

答案: P = 1041 €

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 = €30.00, i = 0.0275, N = 22

票息的现值

€30.00·(1 − 0.5506)/0.0275 = €490.30

面值的现值

€1 000·0.5506 = €550.55

价格

P = €1 040.86

答案

P = €1 040.86

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: YTC = 50 %

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

1263 = 50·(1 − (1 + y)−4)/y + 1050/(1 + y)4

数值求解

y = 50%: €287.65
y = 50%: €287.65
YTC = 50%

答案

YTC = 50%

到期收益率为 3.002%。溢价债券的投资者预期它会被赎回,所以较低的赎回收益率更符合实际。

7.CAPM 与 WACC

答案: re = 10.99 %

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 = €11 000 000, E/V = 0.9091, D/V = 0.09091

WACC 中的债务部分

0.09091·6%·(1 − 0.258) = 0.4047%

股权成本

re = (10.4% − 0.4047%)/0.9091 = 10.99%

答案

re = 10.99%
8.CAPM 与 WACC

答案: WACC = 6.981 %

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 = 4 000 000·€56.00 = €224 000 000
D = 5 000·€1 020 = €5 100 000

股权成本(CAPM)

re = 3% + 0.9·4.5% = 7.05%

权重

V = €229 100 000, E/V = 0.9777, D/V = 0.02226

WACC

WACC = 0.9777·7.05% + 0.02226·5%·(1 − 0.21) = 6.981%

答案

WACC = 6.981%
9.描述统计

答案: s = 14.96

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 = 191/6 = 31.83

离差平方

Σ(x − x̄)² = (−12.83)² + (−17.83)² + 18.17² + (−1.833)² + 17.17² + (−2.833)² = 1119

标准差

s = √(1119/5) = 14.96

答案

s = 14.96
10.描述统计

答案: P = 0.2119

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 = −0.8

标准正态分布表

Φ(−0.8) = 0.2119
P = 0.2119

答案

P = 0.2119
11.概率

答案: σ = 1.236

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 = 1·0.05 + 2·0.15 + 3·0.25 + 4·0.2 + 5·0.35 = 3.65

平方的均值

E(X²) = 1·0.05 + 4·0.15 + 9·0.25 + 16·0.2 + 25·0.35 = 14.85

方差

Var(X) = 14.85 − 3.65² = 1.527
σ = √1.527 = 1.236

答案

σ = 1.236
12.概率

答案: P = 0.00129

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) = 0.38 = 6.561 × 10⁻⁵
P(X = 1) = 8·0.7·0.37 = 0.001225

相加

P = 6.561 × 10⁻⁵ + 0.001225 = 0.00129

答案

P = 0.00129
13.正态分布

答案: P = 0.1587

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)。

和的分布

μ = 750 g, σ = √(4² + 9²) = 9.849 g

标准化

z = (759.8 − 750)/9.849 = 1

上尾

P = 1 − Φ(1) = 1 − 0.8413 = 0.1587

答案

P = 0.1587
14.正态分布

答案: x = 166.5 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) = 0.05

由表得到的 z

z ≈ −1.64

回到原来的单位

x = 178 − 1.64·7 = 166.5 cm

答案

x = 166.5 cm
15.置信区间

答案: E₂ = 5.326

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 = (1.96/2.576)·√(36/9) = 1.522

新的误差范围

E₂ = 3.5·1.522 = 5.326

答案

E₂ = 5.326
16.置信区间

答案: σ = 8.116 µm

方差的区间:(n − 1)s²/σ² 服从自由度为 n − 1 的 χ² 分布。σ² 的 95% 区间从 (n − 1)s² 除以上侧 χ² 值(其上方占 2.5%)到 (n − 1)s² 除以下侧 χ² 值(其下方占 2.5%);σ 的区间是这两个限值的平方根。它关于 s 不对称。

平方和

(n − 1)s² = 9·11.8² = 1253

σ² 的限值

1253/19.023 = 65.88
1253/2.7 = 464.1

σ 的限值

σ = √65.88 = 8.116 µm

答案

σ = 8.116 µm

σ 的 95% 区间:[8.116, 21.54] µm。

17.假设检验与置信区间

答案: t = −0.896

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 = 5/√49 = 5/7 = 0.7143

检验统计量

t = (49.36 − 50)/0.7143 = −0.896

答案

t = −0.896
t0.025; df = 48 = 2.011

|t| < 2.011,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: 1 − β = 63.87 %

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 = 12/√36 = 2
x̄c = 100 − 1.645·2 = 96.71

真实均值下的 z

z = (96.71 − 96)/2 = 0.355

功率

功效 = P(Z < 0.355) = 63.87%
1 − β = 63.87%

答案

1 − β = 63.87%
19.线性回归与相关

答案: r² = 0.7812

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 = 15/5 = 3
ȳ = 114/5 = 22.8

平方和与乘积和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −10
Syy = Σ(y − ȳ)² = 12.8

决定系数

r² = −10²/(10·12.8) = 0.7812

答案

r² = 0.7812

y 的变异中约有 78.12% 可由该直线解释。

20.线性回归与相关

答案: e = 1.95

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 = 25/5 = 5
ȳ = 247/5 = 49.4

平方和与乘积和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 222

回归直线

b = 222/40 = 5.55
a = 49.4 − 5.55·5 = 21.65
ŷ = 21.65 + 5.55·x

预测值

ŷ = 21.65 + 5.55·8 = 66.05

残差

e = 68 − 66.05 = 1.95

答案

e = 1.95

该点位于直线上方。

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