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…9PV = ?€8 000+1%+1%…r = 5%

一处房产预计明年获得 €8 000 的净租金。租金预计每年永久增长 1%。要求回报率为每年 5%。求该房产今天的价值 PV。

C1 = €8 000g = 1%r = 5%
PV = €
2.货币的时间价值困难
月0123…60€20 000A?AAA

一笔 €20 000 的贷款在 5 年内以等额月供偿还。年利率 4.2%,按月复利。求月供 A。

P = €20 0004.2% / 12N = 60
A = €
3.NPV 与 IRR中等
年01234567€60 000€3 000€3 000€3 000€3 000€3 000€3 000€3 000r = 5%, EAC = ?

一台机器今天花费 €60 000,使用 7 年,每年运行费用为 €3 000(每年年末支付)。资本成本为 5%。求其等值年成本 EAC。

C0 = €60 000M = €3 000n = 7r = 5%
EAC = €
4.NPV 与 IRR困难
年0123−40 00027 50028 50020 500

某项目投入 €40 000,在第 1 年至第 3 年年末每年回收 €27 500, €28 500, €20 500。求其内部收益率 IRR(百分数)。

CF0 = −40 000CF1 = 27 500CF2 = 28 500CF3 = 20 500
IRR = %
5.债券定价与收益率中等
年01234567P€40€40€40 + €1 000

一只面值为 €1 000 的债券每年支付 4% 的票息,7 年后到期。其到期收益率从 9% 变为 9.5%。债券价格变化多少 ΔP?

F = €1 000票面利率 = 4%n = 7y1 = 9%y2 = 9.5%
ΔP = €
6.债券定价与收益率困难
年01234P€20€20€20 + €1 000

一只面值为 €1 000 的债券每年支付 2% 的票息,4 年后到期。到期收益率为 6%。求麦考利久期 D,以年表示。

F = €1 000票面利率 = 2%n = 4YTM = 6%
D = 年
7.CAPM 与 WACC中等
WACC = ?所有者权益€3 000 000re​ = 10%债务€2 000 000rd​ = 6%T = 25%

某公司有价值 €3 000 000 的股权和价值 €2 000 000 的债务。其股权成本为 10%,税前债务成本为 6%,税率为 25%。求 WACC。

E = €3 000 000D = €2 000 000re = 10%rd = 6%T = 25%
WACC = %
8.CAPM 与 WACC困难
WACC = ?所有者权益2 500 000 × €46.50β = 0.6rf​ = 3%, rm​ = 7.5%债务5 000 × €960rd​ = 6%T = 28%

某公司有2 500 000 股、每股 €46.50 的股票,以及 5 000 张、每张市价 €960 的债券。税前债务成本为 6%,税率为 28%。股票的 β 系数为 0.6,无风险利率为 3%,市场回报率为 7.5%。求 WACC。

β = 0.6rf = 3%rm = 7.5%rd = 6%T = 28%
WACC = %
9.描述统计中等
25303540455055

求数据的样本标准差 s:26, 21, 54, 58, 49, 21, 38。

n = 7
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 70,标准差为 10。求成绩 85 的 z 分数 z。

μ = 70σ = 10x = 85
z =
11.概率中等
n = 12k = 3N = ?

从 12 人中选出 3 人组成委员会,有多少种选法 N?顺序无关。

n = 12k = 3
N =
12.概率困难
n = 8, p = 0.25: P(X ≤ 1) = ?k012345678

测试 8 个元件,每个独立地以概率 0.25 失效。至多一个失效的概率 P 是多少?

n = 8p = 0.25
P =
13.正态分布中等
850 kg887.9 kgT = X₁ + … + X₁₀?

带行李的乘客的质量相互独立,服从均值 85 kg、标准差 12 kg 的正态分布。求其中 10 个的总质量超过 887.9 kg 的概率 P。z 取两位小数。

μ = 85 kgσ = 12 kgn = 10> 887.9 kg
P =
14.正态分布困难
μ = 250x = ?25%

袋装重量服从正态分布,均值为 250 g,标准差为 5 g。求数值 x,使得有 25% 的数据低于它(第 25 百分位数)。

μ = 250σ = 5P = 25%
x = g
15.置信区间中等
μ₁ − μ₂0LUx̄₁ − x̄₂E = ?90%

比较两种手机型号的电池续航时间。型号 1:80 部手机,均值 120.5 h,已知标准差 19 h。型号 2:40 部手机,均值 125 h,已知标准差 17 h。 求 μ₁ − μ₂ 的 90% 置信区间的误差范围 E。

n₁ = 80x̄₁ = 120.5 hσ₁ = 19 hn₂ = 40x̄₂ = 125 hσ₂ = 17 h90%
E = h
16.置信区间困难
σ = 37, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 299%

总体标准差为 37。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?

σ = 37E = 299%
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 203.5,样本标准差为 12。求 H₀: μ = 200 的检验统计量 t。

μ₀ = 200x̄ = 203.5s = 12n = 100
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 200 名患者中有 80 人康复,接受治疗 B 的 250 名患者中有 125 人康复。用合并比例求 H₀: p₁ = p₂ 的检验统计量 z。

x₁ = 80n₁ = 200x₂ = 125n₂ = 250
z =
19.线性回归与相关中等
xy330437540642743xy46303540

表中给出 5 对观测值 x = 广告支出 (k€) 和 y = 销售额 (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
xy21141562282910381246xy5102040x = 9

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。 新得到一个观测值 (9, 29)。求其残差 e = y − ŷ。

n = 6(9, 29)
e =

3溶液

1.货币的时间价值

答案: PV = 200000 €

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。

增长型永续年金

PV = C1/(r − g) = 8 000/(0.05 − 0.01) = 8 000/0.04 = €200 000.00

答案

PV = €200 000.00
2.货币的时间价值

答案: A = 370.1 €

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。

月利率和还款期数

i = 0.042/12 = 0.0035
N = 12·5 = 60

每期还款

N 笔等额付款 A 的现值为 A·(1 − (1 + i)⁻ᴺ)/i。令其等于贷款额,解出 A。

(1 + i)−N = 0.8109
A = 20 000·0.0035/(1 − 0.8109) = €370.14

答案

A = €370.14
3.NPV 与 IRR

答案: EAC = 13369 €

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 − 1.05−7)/0.05 = 5.786

年化购置价格

60 000/5.786 = 10 369.19

EAC

EAC = 10 369.19 + 3 000 = €13 369.19

答案

EAC = €13 369.19
4.NPV 与 IRR

答案: IRR = 43.38 %

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(40%) = 1 654.52
NPV(45%) = −754.85

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 ≈ 40 + 5·1 654.52/(1 654.52 − (−754.85)) = 43.43%
精确: NPV(43.38%) = 0 → IRR = 43.38%

答案

IRR = 43.38%
5.债券定价与收益率

答案: ΔP = −20.58 €

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 = €40.00, i = 0.09, N = 7
€40.00·(1 − 0.547)/0.09 + €1 000·0.547 = €201.32 + €547.03 = €748.35

按新收益率计算的价格

C = €40.00, i = 0.095, N = 7
€40.00·(1 − 0.5298)/0.095 + €1 000·0.5298 = €197.98 + €529.79 = €727.77

变化

ΔP = 727.77 − 748.35 = −€20.58

答案

ΔP = −€20.58
6.债券定价与收益率

答案: D = 3.873 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: 20/1.06 = 18.87, t·PV = 18.87
t = 2: 20/1.124 = 17.80, t·PV = 35.60
t = 3: 20/1.191 = 16.79, t·PV = 50.38
t = 4: 1020/1.262 = 807.94, t·PV = 3 231.74

久期

P = 861.40
D = 3 336.59/861.40 = 3.873

答案

D = 3.873 年
7.CAPM 与 WACC

答案: WACC = 7.8 %

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 = €5 000 000, E/V = 0.6, D/V = 0.4

WACC

WACC = 0.6·10% + 0.4·6%·(1 − 0.25) = 7.8%

答案

WACC = 7.8%
8.CAPM 与 WACC

答案: WACC = 5.645 %

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 = 2 500 000·€46.50 = €116 250 000
D = 5 000·€960 = €4 800 000

股权成本(CAPM)

re = 3% + 0.6·4.5% = 5.7%

权重

V = €121 050 000, E/V = 0.9603, D/V = 0.03965

WACC

WACC = 0.9603·5.7% + 0.03965·6%·(1 − 0.28) = 5.645%

答案

WACC = 5.645%
9.描述统计

答案: s = 15.81

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 = 267/7 = 38.14

离差平方

Σ(x − x̄)² = (−12.14)² + (−17.14)² + 15.86² + 19.86² + 10.86² + (−17.14)² + (−0.1429)² = 1499

标准差

s = √(1499/6) = 15.81

答案

s = 15.81
10.描述统计

答案: z = 1.5

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 = (85 − 70)/10 = 1.5

答案

z = 1.5
11.概率

答案: N = 220

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。

组合

C(12, 3) = (12·11·10)/(3·2·1) = 220

答案

N = 220
12.概率

答案: P = 0.3671

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) = 0.758 = 0.1001
P(X = 1) = 8·0.25·0.757 = 0.267

相加

P = 0.1001 + 0.267 = 0.3671

答案

P = 0.3671
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)。

总和的分布

μT = 850 kg, σT = 12·√10 = 37.95 kg

标准化

z = (887.9 − 850)/37.95 = 1

概率

P = 1 − Φ(1) = 0.1587

答案

P = 0.1587
14.正态分布

答案: x = 246.6 g

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。

该百分位数对应的 z

Φ(z) = 0.25 → z = −0.6745

换算回 x

x = 250 + −0.6745·5 = 246.63 g

答案

x = 246.63 g
15.置信区间

答案: E = 5.636 h

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.

点估计

x̄₁ − x̄₂ = 120.5 − 125 = −4.5

标准误

SE = √(19²/80 + 17²/40) = 3.426

误差范围

E = 1.645·3.426 = 5.636

答案

E = 5.636 h

区间包含 0,所以数据没有显示出显著差异。

16.置信区间

答案: n = 2272

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 = (2.576·37/2)² = 2271

向上取整

样本量是整数,向下取整会使误差范围过大。

n = 2272

答案

n = 2272
17.假设检验与置信区间

答案: t = 2.917

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 = 12/√100 = 12/10 = 1.2

检验统计量

t = (203.5 − 200)/1.2 = 2.917

答案

t = 2.917
t0.025; df = 99 = 1.984

|t| > 1.984,所以在 5% 水平下拒绝 H₀(双侧)。

18.假设检验与置信区间

答案: z = −2.117

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 = 80/200 = 0.4
p̂₂ = 125/250 = 0.5
p̂ = 205/450 = 0.4556

H₀ 下的标准误

SE = √(0.4556·0.5444·(1/200 + 1/250)) = 0.04725

检验统计量

z = (0.4 − 0.5)/0.04725 = −2.117

答案

z = −2.117

|z| > 1.96,所以在 5% 水平下拒绝 H₀(双侧)。

19.线性回归与相关

答案: r² = 0.88

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 = 192/5 = 38.4

平方和与乘积和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 31
Syy = Σ(y − ȳ)² = 109.2

决定系数

r² = 31²/(10·109.2) = 0.88

答案

r² = 0.88

y 的变异中约有 88% 可由该直线解释。

20.线性回归与相关

答案: e = −5.005

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 = 161/6 = 26.83

平方和与乘积和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 251

回归直线

b = 251/70 = 3.586
a = 26.83 − 3.586·7 = 1.733
ŷ = 1.733 + 3.586·x

预测值

ŷ = 1.733 + 3.586·9 = 34

残差

e = 29 − 34 = −5.005

答案

e = −5.005

该点位于直线下方。

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