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 = ?€15 000

你在 8 年后需要 €15 000。某账户年利率 3.6%,按季度复利。今天需要存入多少?求现值 PV。

FV = €15 0003.6% / 4n = 8
PV = €
2.货币的时间价值困难
月0123…240€250 000A?AAA

一笔 €250 000 的贷款在 20 年内以等额月供偿还。年利率 3.6%,按月复利。求月供 A。

P = €250 0003.6% / 12N = 240
A = €
3.NPV 与 IRR中等
年0123−30 00012 0008 0007 000

一项 €30 000 的投资在第 1 年至第 3 年年末带来以下现金流:€12 000, €8 000, €7 000。资本成本为 5%。求净现值 NPV。

r = 5%CF0 = −30 000CF1 = 12 000CF2 = 8 000CF3 = 7 000
NPV = €
4.NPV 与 IRR困难
年0123−20 00012 5007 00013 000

某项目投入 €20 000,在第 1 年至第 3 年年末每年回收 €12 500, €7 000, €13 000。求其内部收益率 IRR(百分数)。

CF0 = −20 000CF1 = 12 500CF2 = 7 000CF3 = 13 000
IRR = %
5.债券定价与收益率中等
半年0123…14€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,7 年后到期。到期收益率为每年 9%。 求该债券的价格 P。

F = €1 000票面利率 = 6%YTM = 9%n = 7
P = €
6.债券定价与收益率困难

一只债券的交易价格为 €1 035,到期收益率为 5%(按年复利),麦考利久期为 10.5 年。如果收益率上升 150 个基点,用修正久期估计新价格 P。

P0 = €1 035y = 5%D = 10.5Δy = +150 bp
P = €
7.CAPM 与 WACC中等
WACC = ?所有者权益€3 000 000re​ = 10%债务€2 000 000rd​ = 7%T = 25.8%

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 7%,税率为 25.8%。求 WACC。

E = €3 000 000D = €2 000 000re = 10%rd = 7%T = 25.8%
WACC = %
8.CAPM 与 WACC困难
rf​ = 1.5%, rm​ − rf​ = 5%D/E = 0.25所有者权益βL​ = 1.3债务D/E = 0.75所有者权益re​ = ?债务T = 25%

一家公司股票在当前负债权益比 0.25 下的贝塔为 1.3。公司计划把负债权益比提高到 0.75。税率为 25%,无风险利率为 1.5%,市场风险溢价为 5%。求变化后的股权资本成本 re。

βL = 1.3D/E1 = 0.25D/E2 = 0.75T = 25%rf = 1.5%rm − rf = 5%
re = %
9.描述统计中等
1520253035404550

求数据的样本标准差 s:29, 32, 11, 50, 47。

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 100,标准差为 8。数值高于 96 的比例 P 是多少?

μ = 100σ = 8x = 96
P =
11.概率中等
xp(x)00.3520.340.1560.2μ = 2.4

对图中的分布,求 X 的方差 Var(X)。

x: 0, 2, 4, 6p(x): 0.35, 0.3, 0.15, 0.2
Var(X) =
12.概率困难
xp(x)00.310.3520.35μ

X 的分布如图所示,Y = 0.5X + 5。求 Y 的标准差 σY。

x: 0, 1, 2p(x): 0.3, 0.35, 0.35Y = 0.5X + 5
σY =
13.正态分布中等
240.25259.25P = ?

袋装重量服从正态分布,均值为 250 g,标准差为 5 g。介于 240.25 和 259.25 g 之间的比例是多少?P 以小数表示。

μ = 250σ = 5x1 = 240.25x2 = 259.25
P =
14.正态分布困难
380420460500540580620h顶部 90%

电池寿命 服从正态分布,均值为 500 h,标准差为 40 h。拖动截断值,使阴影的前 90% 位于其右侧。求截断值 x。

μ = 500 hσ = 40 h90%
x = h
15.置信区间中等
n = 21, s = 19LU = ?x̄ = 35E90%

一个包含 21 个个体的样本,均值为 35,标准差 s = 19。总体近似服从正态分布。 求均值的 90% 置信区间的上限。

n = 21x̄ = 35s = 1990%t(20) = 1.725
上限 =
16.置信区间困难
p = 0.5, n = ?p̂ − Ep̂ + Ep̂E = 0.0490%

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 90% 置信区间的误差范围不超过 0.04?

p = 0.5E = 0.0490%
n =
17.假设检验与置信区间中等
−2.122.12p = ?

据称某总体的均值为 50;已知总体标准差为 9。一个含 36 个观测值的随机样本均值为 53.18。检验 H₀: μ = 50 对 H₁: μ ≠ 50。求 p 值 p。

μ₀ = 50σ = 9n = 36x̄ = 53.18H₁: μ ≠ μ₀
p =
18.假设检验与置信区间困难
z −2.57602.576

49 次测量的样本均值为 47.6。总体标准差为 15。求均值 99% 置信区间的上限 U。

x̄ = 47.6σ = 15n = 4999%
U =
19.线性回归与相关中等
xy357455566668769xy4655606570

表中给出 5 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 = 5Σx = 25Σy = 315Σx² = 135Σy² = 20015Σxy = 1612
r =
20.线性回归与相关困难
xy2104166248331039xy51010203040ŷ = 13

表中给出 5 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 = 13?

n = 5ŷ = 13
x =

3溶液

1.货币的时间价值

答案: PV = 11261 €

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 = 0.036000000000000004/4 = 0.009
N = 4·8 = 32

现值

PV = FV/(1 + i)N = 15 000/1.332 = €11 260.92

答案

PV = €11 260.92
2.货币的时间价值

答案: A = 1463 €

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 = 0.036000000000000004/12 = 0.003
N = 12·20 = 240

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 = 0.4873
A = 250 000·0.003/(1 − 0.4873) = €1 462.78

答案

A = €1 462.78
3.NPV 与 IRR

答案: NPV = −5268 €

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 = −30 000
CF1/(1 + 0.05)1 = 12 000/1.05 = 11 428.57
CF2/(1 + 0.05)2 = 8 000/1.103 = 7 256.24
CF3/(1 + 0.05)3 = 7 000/1.158 = 6 046.86

相加

NPV = €−5 268.33

答案

NPV = €−5 268.33

NPV 为负,因此项目收益低于要求回报率。

4.NPV 与 IRR

答案: IRR = 28.83 %

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%) = 1 136.00
NPV(30%) = −325.44

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 + 5·1 136.00/(1 136.00 − (−325.44)) = 28.89%
精确: NPV(28.83%) = 0 → IRR = 28.83%

答案

IRR = 28.83%
5.债券定价与收益率

答案: P = 846.7 €

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 = 0.045, N = 14

票息的现值

€30.00·(1 − 0.54)/0.045 = €306.68

面值的现值

€1 000·0.54 = €539.97

价格

P = €846.66

答案

P = €846.66

收益率高于票面利率,所以债券折价出售。

6.债券定价与收益率

答案: P = 879.8 €

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。

修正久期

Dmod = 10.5/1.05 = 10

估计的价格变化

%ΔP ≈ −10·(0.015) = −15%
P ≈ 1035·(1 − 0.15) = €879.75

答案

P = €879.75

久期是线性估计;收益率变化较大时,凸性会使实际价格略高一些。

7.CAPM 与 WACC

答案: WACC = 8.078 %

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% + 0.4·7%·(1 − 0.258) = 8.078%

答案

WACC = 8.078%
8.CAPM 与 WACC

答案: re = 10.05 %

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 = 1.3/(1 + 0.75·0.25) = 1.095

按新的 D/E 重新加杠杆

βL = 1.095·(1 + 0.75·0.75) = 1.711

股权成本(CAPM)

re = 1.5% + 1.711·5% = 10.05%

答案

re = 10.05%
9.描述统计

答案: s = 15.67

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 = 169/5 = 33.8

离差平方

Σ(x − x̄)² = (−4.8)² + (−1.8)² + (−22.8)² + 16.2² + 13.2² = 982.8

标准差

s = √(982.8/4) = 15.67

答案

s = 15.67
10.描述统计

答案: P = 0.6915

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 = −0.5

标准正态分布表

Φ(−0.5) = 0.3085
P = 1 − 0.3085 = 0.6915

答案

P = 0.6915
11.概率

答案: Var(X) = 5.04

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 = 0·0.35 + 2·0.3 + 4·0.15 + 6·0.2 = 2.4

平方的均值

E(X²) = 0·0.35 + 4·0.3 + 16·0.15 + 36·0.2 = 10.8

方差

Var(X) = 10.8 − 2.4² = 5.04

答案

Var(X) = 5.04
12.概率

答案: σY = 0.4023

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 = 1.05, Var(X) = 0.6475, σX = 0.8047

线性变换

σY = |0.5|·0.8047 = 0.4023

答案

σY = 0.4023

均值确实会改变:E(Y) = 0.5·1.05 + 5 = 5.525。

13.正态分布

答案: P = 0.9423

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 = (240.25 − 250)/5 = −1.95
z₂ = (259.25 − 250)/5 = 1.85

中间面积

P = Φ(1.85) − Φ(−1.95) = 0.9678 − 0.02559 = 0.9423

答案

P = 0.9423
14.正态分布

答案: x = 449 h

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) = 0.1

由表得到的 z

z ≈ −1.28

回到原来的单位

x = 500 − 1.28·40 = 449 h

答案

x = 449 h
15.置信区间

答案: 上限 = 42.15

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 = 20, t = 1.725

误差范围

E = 1.725·19/√21 = 7.152

区间

35 ± 7.152 → [27.85, 42.15]

答案

上限 = 42.15
16.置信区间

答案: n = 423

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 = 1.645²·0.5·0.5/0.04² = 422.8

向上取整

n = 423

答案

n = 423
17.假设检验与置信区间

答案: p = 0.03401

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.

检验统计量

SE = σ/√n = 9/√36 = 1.5
z = (53.18 − 50)/1.5 = 2.12

尾部面积

Φ(2.12) = 0.9830
1 − Φ(2.12) = 0.0170

p 值

p = 2·0.0170 = 0.03401

答案

p = 0.03401

p ≤ 0.05,所以在 5% 水平下拒绝 H₀。

18.假设检验与置信区间

答案: U = 53.12

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 = 2.576·15/√49 = 5.52

区间端点

U = 47.6 + 5.52 = 53.12

答案

U = 53.12
19.线性回归与相关

答案: r = 0.8974

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 = 1612 − 25·315/5 = 37
Sxx = 135 − 25²/5 = 10
Syy = 20015 − 315²/5 = 170

相关系数

r = 37/√(10·170) = 0.8974

答案

r = 0.8974
20.线性回归与相关

答案: x = 2.96

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 = 122/5 = 24.4

平方和与乘积和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 150

回归直线

b = 150/40 = 3.75
a = 24.4 − 3.75·6 = 1.9
ŷ = 1.9 + 3.75·x

解出 x

x = (13 − 1.9)/3.75 = 2.96

答案

x = 2.96

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