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012345€20 000FV = ?

你以每年 2% 的利率连续复利投资 €20 000。求 5 年后的价值 FV。

PV = €20 000r = 2%t = 5
FV = €
2.货币的时间价值困难
月0123…216A?AA€20 000

你希望在 18 年后得到 €20 000。你在每月月末把相同的金额存入一个年利率 4.2%、按月复利的账户。求每月存款额 A。

FV = €20 0004.2% / 12N = 216
A = €
3.NPV 与 IRR中等
年01234−45 00019 00018 00011 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:€19 000, €18 000, €11 000, €19 000。资本成本为 15%。求净现值 NPV。

r = 15%CF0 = −45 000CF1 = 19 000CF2 = 18 000CF3 = 11 000CF4 = 19 000
NPV = €
4.NPV 与 IRR困难
年0123…8−40 00010 50010 50010 50010 500

一笔 €40 000 的投资在 8 年内每年年末回报 €10 500。求其内部收益率 IRR,以百分比表示。

C0 = €40 000CF = €10 500n = 8
IRR = %
5.债券定价与收益率中等
半年0123…18€25€25€25 + €1 000P = ?

一张面值为 €1 000 的债券,年票面利率为 5%,每半年付息一次,9 年后到期。到期收益率为每年 3.5%。 求该债券的价格 P。

F = €1 000票面利率 = 5%YTM = 3.5%n = 9
P = €
6.债券定价与收益率困难
年0123…8€945€70€70 + €1 000

一张面值为 €1 000、年票面利率为 7% 的债券 8 年后到期,售价为 €945。求其到期收益率 YTM,以百分比表示。

F = €1 000票面利率 = 7%n = 8P = €945
YTM = %
7.CAPM 与 WACC中等
WACC = ?所有者权益€4 000 000re​ = 14%债务€4 000 000rd​ = 4.5%T = 20%

某公司有价值 €4 000 000 的股权和价值 €4 000 000 的债务。其股权成本为 14%,税前债务成本为 4.5%,税率为 20%。求 WACC。

E = €4 000 000D = €4 000 000re = 14%rd = 4.5%T = 20%
WACC = %
8.CAPM 与 WACC困难
rf​ = 2.5%, rm​ − rf​ = 6.5%D/E = 0.25所有者权益βL​ = 1.4债务D/E = 0.75所有者权益re​ = ?债务T = 21%

一家公司股票在当前负债权益比 0.25 下的贝塔为 1.4。公司计划把负债权益比提高到 0.75。税率为 21%,无风险利率为 2.5%,市场风险溢价为 6.5%。求变化后的股权资本成本 re。

βL = 1.4D/E1 = 0.25D/E2 = 0.75T = 21%rf = 2.5%rm − rf = 6.5%
re = %
9.描述统计中等
2025303540455055

求数据的样本标准差 s:20, 50, 30, 57, 46, 35。

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 170,标准差为 12。数值低于 155.6 的比例 P 是多少?

μ = 170σ = 12x = 155.6
P =
11.概率中等
红球: 4蓝球: 9

袋中有 4 个红球和 9 个蓝球。不放回地依次摸出两个球。两个都是红球的概率 P 是多少?

4 / 9
P =
12.概率困难
€p(x)−50.8150.152450.05

一局游戏的参与费用为 €5。你以概率 0.15 赢得 €20,以概率 0.05 赢得 €250;其余情况什么也赢不到。赌注不退还。求每局的期望净收益 E(G)。

赌注 = €5€20: p = 0.15€250: p = 0.05
E(G) = €
13.正态分布中等
−3−2−10123z−z 与 z 之间的阴影面积 = 0.7850

拖动 z,使标准正态曲线下 −z 与 z 之间的阴影面积为 0.7850。求 z,保留两位小数。

A = 0.7850
z =
14.正态分布困难
10 cm0X − Y?

一组人中男性的身高 X 与女性的身高 Y相互独立且服从正态分布:X 的均值为 180 cm,标准差为 10 cm,Y 的均值为 170 cm,标准差为 12 cm。求 X 大于 Y 的概率 P。z 取两位小数。

μX = 180 cm, σX = 10 cmμY = 170 cm, σY = 12 cm
P =
15.置信区间中等
n = 11, s = 9L = ?Ux̄ = 115.5E90%

一个包含 11 个个体的样本,均值为 115.5,标准差 s = 9。总体近似服从正态分布。 求均值的 90% 置信区间的下限。

n = 11x̄ = 115.5s = 990%t(10) = 1.812
下限 =
16.置信区间困难
σ = 30, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 495%

总体标准差为 30。样本量 n 至少要多大,才能使均值的 95% 置信区间的误差范围不超过 4?

σ = 30E = 495%
n =
17.假设检验与置信区间中等
−2.14p = ?

据称某总体的均值为 120;已知总体标准差为 48。一个含 144 个观测值的随机样本均值为 111.44。检验 H₀: μ = 120 对 H₁: μ < 120。求 p 值 p。

μ₀ = 120σ = 48n = 144x̄ = 111.44H₁: μ < μ₀
p =
18.假设检验与置信区间困难
σ = 12, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 190%

样本至少要多大,才能使均值的 90% 置信区间的误差范围不超过 1?标准差为 12。求最小样本量 n。

σ = 12E = 190%
n =
19.线性回归与相关中等
xy140245347444552xy24404550

表中给出 5 对观测值 x = 广告支出 (k€) 和 y = 销售额 (k€)。 已给出它们的各项和。由这些和求皮尔逊相关系数 r。

n = 5Σx = 15Σy = 228Σx² = 55Σy² = 10474Σxy = 707
r =
20.线性回归与相关困难
xy2941261982710291239xy51010203040ŷ = 28

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 = 28?

n = 6ŷ = 28
x =

3溶液

1.货币的时间价值

答案: FV = 22103 €

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 = 0.02·5 = 0.1
e0.1 = 1.105

终值

FV = 20 000·1.105 = €22 103.42

答案

FV = €22 103.42
2.货币的时间价值

答案: A = 62.12 €

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 = 0.042/12 = 0.0035
N = 12·18 = 216

存款额

A = FV·i/((1 + i)N − 1) = 20 000·0.0035/(2.127 − 1) = €62.12

答案

A = €62.12
3.NPV 与 IRR

答案: NPV = 3228 €

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 + 0.15)1 = 19 000/1.15 = 16 521.74
CF2/(1 + 0.15)2 = 18 000/1.322 = 13 610.59
CF3/(1 + 0.15)3 = 11 000/1.521 = 7 232.68
CF4/(1 + 0.15)4 = 19 000/1.749 = 10 863.31

相加

NPV = €3 228.32

答案

NPV = €3 228.32

NPV 为正,因此项目收益高于要求回报率。

4.NPV 与 IRR

答案: IRR = 20.24 %

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)−8)/i = 40 000/10 500 = 3.81

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 = 20%: 3.837
i = 21%: 3.726
IRR = 20.24%

答案

IRR = 20.24%
5.债券定价与收益率

答案: P = 1115 €

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 = €25.00, i = 0.0175, N = 18

票息的现值

€25.00·(1 − 0.7318)/0.0175 = €383.17

面值的现值

€1 000·0.7318 = €731.78

价格

P = €1 114.95

答案

P = €1 114.95

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: YTM = 7.955 %

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

€945 = €70·(1 − (1 + y)⁻⁸)/y + €1 000/(1 + y)⁸

数值求解

P(7%) = €1 000.00, P(8%) = €942.53
YTM = 7.955%

答案

YTM = 7.955%
7.CAPM 与 WACC

答案: WACC = 8.8 %

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 = €8 000 000, E/V = 0.5, D/V = 0.5

WACC

WACC = 0.5·14% + 0.5·4.5%·(1 − 0.2) = 8.8%

答案

WACC = 8.8%
8.CAPM 与 WACC

答案: re = 14.6 %

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 = 1.4/(1 + 0.79·0.25) = 1.169

按新的 D/E 重新加杠杆

βL = 1.169·(1 + 0.79·0.75) = 1.862

股权成本(CAPM)

re = 2.5% + 1.862·6.5% = 14.6%

答案

re = 14.6%
9.描述统计

答案: s = 13.78

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 = 238/6 = 39.67

离差平方

Σ(x − x̄)² = (−19.67)² + 10.33² + (−9.667)² + 17.33² + 6.333² + (−4.667)² = 949.3

标准差

s = √(949.3/5) = 13.78

答案

s = 13.78
10.描述统计

答案: P = 0.1151

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 = −1.2

标准正态分布表

Φ(−1.2) = 0.1151
P = 0.1151

答案

P = 0.1151
11.概率

答案: P = 0.07692

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。

第一次和第二次摸球

P = 4/13 · 3/12 = 12/156 = 0.07692

答案

P = 0.07692
12.概率

答案: E(G) = 10.5 €

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。

净结果

G: 15 (p = 0.15), 245 (p = 0.05), −5 (p = 0.8)

期望值

E(G) = 15·0.15 + 245·0.05 − 5·0.8 = 10.5 €

答案

E(G) = 10.5 €

正值表示平均而言你会赢钱。

13.正态分布

答案: z = 1.24

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。

z 左侧的面积

Φ(z) = (1 + 0.7850)/2 = 0.8925

反向查 z 表

在表中找到 0.8925,读出 z。

z = 1.24

答案

z = 1.24
14.正态分布

答案: P = 0.7389

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 = 180 − 170 = 10 cm, σ = 15.62 cm

标准化

z = (0 − 10)/15.62 = −0.64

概率

P = 1 − Φ(−0.64) = 0.7389

答案

P = 0.7389
15.置信区间

答案: 下限 = 110.6

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 = 10, t = 1.812

误差范围

E = 1.812·9/√11 = 4.917

区间

115.5 ± 4.917 → [110.6, 120.4]

答案

下限 = 110.6
16.置信区间

答案: n = 217

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 = (1.96·30/4)² = 216.1

向上取整

样本量是整数,向下取整会使误差范围过大。

n = 217

答案

n = 217
17.假设检验与置信区间

答案: p = 0.01618

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 = 48/√144 = 4
z = (111.44 − 120)/4 = −2.14

尾部面积

Φ(2.14) = 0.9838
1 − Φ(2.14) = 0.0162

p 值

p = 0.01618

答案

p = 0.01618

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: n = 390

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)。

解出 n

n = (1.645·12/1)² = 389.7

向上取整

n = 390

答案

n = 390
19.线性回归与相关

答案: r = 0.8278

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 = 707 − 15·228/5 = 23
Sxx = 55 − 15²/5 = 10
Syy = 10474 − 228²/5 = 77.2

相关系数

r = 23/√(10·77.2) = 0.8278

答案

r = 0.8278
20.线性回归与相关

答案: x = 8.842

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 = 135/6 = 22.5

平方和与乘积和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 209

回归直线

b = 209/70 = 2.986
a = 22.5 − 2.986·7 = 1.6
ŷ = 1.6 + 2.986·x

解出 x

x = (28 − 1.6)/2.986 = 8.842

答案

x = 8.842

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