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…8PV = ?€5 000

你在 8 年后需要 €5 000。某账户年利率 2%,按季度复利。今天需要存入多少?求现值 PV。

FV = €5 0002% / 4n = 8
PV = €
2.货币的时间价值困难
月01…96…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 8 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 = 96
B = €
3.NPV 与 IRR中等
年01234−60 00026 00016 00029 00029 000

一项 €60 000 的投资在第 1 年至第 4 年年末带来以下现金流:€26 000, €16 000, €29 000, €29 000。资本成本为 7.000000000000001%。求净现值 NPV。

r = 7.000000000000001%CF0 = −60 000CF1 = 26 000CF2 = 16 000CF3 = 29 000CF4 = 29 000
NPV = €
4.NPV 与 IRR困难
年0123−50 00031 00029 50025 000

某项目投入 €50 000,在第 1 年至第 3 年年末每年回收 €31 000, €29 500, €25 000。求其内部收益率 IRR(百分数)。

CF0 = −50 000CF1 = 31 000CF2 = 29 500CF3 = 25 000
IRR = %
5.债券定价与收益率中等
年0123…9€760C = ?C = ?C = ? + €1 000

一只面值为 €1 000 的债券在 9 年后到期,每年付息。到期收益率为 9% 时其售价为 €760。求票面利率 c,以百分比表示。

F = €1 000n = 9P = €760YTM = 9%
c = %
6.债券定价与收益率困难
年0123…9€845€60€60 + €1 000

一张面值为 €1 000、年票面利率为 6% 的债券 9 年后到期,售价为 €845。求其到期收益率 YTM,以百分比表示。

F = €1 000票面利率 = 6%n = 9P = €845
YTM = %
7.CAPM 与 WACC中等
WACC = ?所有者权益€3 000 000re​ = 13%债务€5 000 000rd​ = 6%T = 25.8%

某公司有价值 €3 000 000 的股权和价值 €5 000 000 的债务。其股权成本为 13%,税前债务成本为 6%,税率为 25.8%。求 WACC。

E = €3 000 000D = €5 000 000re = 13%rd = 6%T = 25.8%
WACC = %
8.CAPM 与 WACC困难
rf​ = 1%, rm​ − rf​ = 5.5%D/E = 0.4所有者权益βL​ = 1.2债务D/E = 1.5所有者权益re​ = ?债务T = 20%

一家公司股票在当前负债权益比 0.4 下的贝塔为 1.2。公司计划把负债权益比提高到 1.5。税率为 20%,无风险利率为 1%,市场风险溢价为 5.5%。求变化后的股权资本成本 re。

βL = 1.2D/E1 = 0.4D/E2 = 1.5T = 20%rf = 1%rm − rf = 5.5%
re = %
9.描述统计中等
1520253035404550

求数据的样本标准差 s:38, 50, 11, 42, 31。

n = 5
s =
10.描述统计困难
z −2−1012

某量服从正态分布,平均数为 60,标准差为 5。数值低于 70 的比例 P 是多少?

μ = 60σ = 5x = 70
P =
11.概率中等
P(至少一个六点) = ??1?2每次掷出 P(六点) = 1/6

一颗均匀骰子掷 2 次。至少掷出一次六点的概率 P 是多少?

n = 2
P =
12.概率困难
n = 12, p = 0.1: P(X = 5) = ?k0123456789101112

一份测试有 12 道选择题。一名靠猜的学生每题答对的概率为 0.1,相互独立。恰好答对 5 题的概率 P 是多少?

n = 12p = 0.1k = 5
P =
13.正态分布中等
200 mm199.5 mmX + Y?

X 服从均值 120 mm、标准差 0.3 mm 的正态分布;Y 独立,服从均值 80 mm、标准差 0.4 mm 的正态分布。求 X + Y 大于 199.5 mm 的概率 P。z 取两位小数。

μX = 120, σX = 0.3μY = 80, σY = 0.4X + Y > 199.5 mm
P =
14.正态分布困难
μ = 100x = ?20%

智商分数服从正态分布,均值为 100 分,标准差为 15 分。求数值 x,使得有 20% 的数据低于它(第 20 百分位数)。

μ = 100σ = 15P = 20%
x = 分
15.置信区间中等
n = 13, s = 1LU = ?x̄ = 99.5E95%

一个包含 13 个个体的样本,均值为 99.5,标准差 s = 1。总体近似服从正态分布。 求均值的 95% 置信区间的上限。

n = 13x̄ = 99.5s = 195%t(12) = 2.179
上限 =
16.置信区间困难
p ≈ 0.15, n = ?p̂ − Ep̂ + Ep̂E = 0.0599%

一项预研究表明,约有 0.15 的产品有缺陷。 必须检验多少件产品 n,才能使比例的 99% 置信区间的误差范围不超过 0.05?

p ≈ 0.15E = 0.0599%
n =
17.假设检验与置信区间中等
−2.2282.228t = ?df = 10

比较两种教学方法。第 1 组:6 名学生,平均分 56,标准差 8.5。第 2 组:6 名学生,平均分 68.6,标准差 9。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 = 6x̄₁ = 56s₁ = 8.5n₂ = 6x̄₂ = 68.6s₂ = 9
t =
18.假设检验与置信区间困难
z −1.9601.96

16 次测量的样本均值为 38.8。总体标准差为 15。求均值 95% 置信区间的上限 U。

x̄ = 38.8σ = 15n = 1695%
U =
19.线性回归与相关中等
xy150261363478578692xy2466080

表中给出 6 对观测值 x = 学习小时数 和 y = 考试成绩。 已给出它们的各项和。由这些和求皮尔逊相关系数 r。

n = 6Σx = 21Σy = 422Σx² = 91Σy² = 30822Σxy = 1615
r =
20.线性回归与相关困难
xy138248348453552658xy246405060ŷ = 46

表中给出 6 对观测值 x = 学习小时数 和 y = 考试成绩。 使用最小二乘直线 ŷ = a + b·x。 x 取何值 x 时,直线预测 ŷ = 46?

n = 6ŷ = 46
x =

3溶液

1.货币的时间价值

答案: PV = 4262 €

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。

利率和期数

i = 0.02/4 = 0.005
N = 4·8 = 32

现值

PV = FV/(1 + i)N = 5 000/1.173 = €4 262.42

答案

PV = €4 262.42
2.货币的时间价值

答案: B = 192803 €

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 − 96 = 204
B = 1265·(1 − (1 + 0.003)−204)/0.003 = €192 802.94

答案

B = €192 802.94
3.NPV 与 IRR

答案: NPV = 24071 €

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 = −60 000
CF1/(1 + 0.07)1 = 26 000/1.07 = 24 299.07
CF2/(1 + 0.07)2 = 16 000/1.145 = 13 975.02
CF3/(1 + 0.07)3 = 29 000/1.225 = 23 672.64
CF4/(1 + 0.07)4 = 29 000/1.311 = 22 123.96

相加

NPV = €24 070.68

答案

NPV = €24 070.68

NPV 为正,因此项目收益高于要求回报率。

4.NPV 与 IRR

答案: IRR = 33.93 %

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(30%) = 2 680.93
NPV(35%) = −689.43

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 ≈ 30 + 5·2 680.93/(2 680.93 − (−689.43)) = 33.98%
精确: NPV(33.93%) = 0 → IRR = 33.93%

答案

IRR = 33.93%
5.债券定价与收益率

答案: c = 4.997 %

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 + 0.09)−9 = €460.43

票息

C = (760 − 460.43)/5.995 = €49.97

票面利率

c = 49.97/1000 = 4.997%

答案

c = 4.997%
6.债券定价与收益率

答案: YTM = 8.537 %

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

€845 = €60·(1 − (1 + y)⁻⁹)/y + €1 000/(1 + y)⁹

数值求解

P(8%) = €875.06, P(9%) = €820.14
YTM = 8.537%

答案

YTM = 8.537%
7.CAPM 与 WACC

答案: WACC = 7.657 %

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 = €8 000 000, E/V = 0.375, D/V = 0.625

WACC

WACC = 0.375·13% + 0.625·6%·(1 − 0.258) = 7.657%

答案

WACC = 7.657%
8.CAPM 与 WACC

答案: re = 12 %

有杠杆贝塔(哈马达公式):负债使股权风险增大。βL = βU·(1 + (1 − T)·D/E),其中 βU 是无负债时业务的贝塔。要把贝塔转换到另一种资本结构,先去杠杆,再按新的 D/E 加杠杆。

对贝塔去杠杆

βU = 1.2/(1 + 0.8·0.4) = 0.9091

按新的 D/E 重新加杠杆

βL = 0.9091·(1 + 0.8·1.5) = 2

股权成本(CAPM)

re = 1% + 2·5.5% = 12%

答案

re = 12%
9.描述统计

答案: s = 14.77

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 = 172/5 = 34.4

离差平方

Σ(x − x̄)² = 3.6² + 15.6² + (−23.4)² + 7.6² + (−3.4)² = 873.2

标准差

s = √(873.2/4) = 14.77

答案

s = 14.77
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: P = 0.3056

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。

补事件

P(没有六点) = (5/6)2 = 0.6944
P = 1 − 0.6944 = 0.3056

答案

P = 0.3056
12.概率

答案: P = 0.003788

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) = 792·0.15·0.97 = 792·1 × 10⁻⁵·0.4783 = 0.003788

答案

P = 0.003788
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)。

和的分布

μ = 200 mm, σ = √(0.3² + 0.4²) = 0.5 mm

标准化

z = (199.5 − 200)/0.5 = −1

上尾

P = 1 − Φ(−1) = 1 − 0.1587 = 0.8413

答案

P = 0.8413
14.正态分布

答案: x = 87.38 分

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) = 0.2 → z = −0.8416

换算回 x

x = 100 + −0.8416·15 = 87.38 分

答案

x = 87.38 分
15.置信区间

答案: 上限 = 100.1

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 = 12, t = 2.179

误差范围

E = 2.179·1/√13 = 0.6043

区间

99.5 ± 0.6043 → [98.9, 100.1]

答案

上限 = 100.1
16.置信区间

答案: n = 339

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 = 2.576²·0.15·0.85/0.05² = 338.4

向上取整

n = 339

答案

n = 339
17.假设检验与置信区间

答案: t = −2.493

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 = (5·8.5² + 5·9²)/10 = 76.63
sp = 8.754

标准误

SE = 8.754·√(1/6 + 1/6) = 5.054

检验统计量

t = (56 − 68.6)/5.054 = −2.493

答案

t = −2.493

df = 10 时,双侧 5% 的临界值为 2.228;|t| 更大,所以拒绝 H₀。

18.假设检验与置信区间

答案: U = 46.15

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 = 1.96·15/√16 = 7.35

区间端点

U = 38.8 + 7.35 = 46.15

答案

U = 46.15
19.线性回归与相关

答案: r = 0.9765

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。

中心化后的和

Sxy = 1615 − 21·422/6 = 138
Sxx = 91 − 21²/6 = 17.5
Syy = 30822 − 422²/6 = 1141

相关系数

r = 138/√(17.5·1141) = 0.9765

答案

r = 0.9765
20.线性回归与相关

答案: x = 2.453

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 = 21/6 = 3.5
ȳ = 297/6 = 49.5

平方和与乘积和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17.5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 58.5

回归直线

b = 58.5/17.5 = 3.343
a = 49.5 − 3.343·3.5 = 37.8
ŷ = 37.8 + 3.343·x

解出 x

x = (46 − 37.8)/3.343 = 2.453

答案

x = 2.453

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