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
期数01211 + EAR = ?20% / 2

一张信用卡的名义年利率为 20%,每半年复利。求实际年利率 EAR,以百分比表示。

r = 20%m = 2
EAR = %
2.货币的时间价值困难
月0123…192A?AA€10 000

你希望在 16 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 3.6%、按月复利的账户。求每月存款额 A。

FV = €10 0003.6% / 12N = 192
A = €
3.NPV 与 IRR中等
年01234567€60 000€4 000€4 000€4 000€4 000€4 000€4 000€4 000r = 12%, EAC = ?

一台机器今天花费 €60 000,使用 7 年,每年运行费用为 €4 000(每年年末支付)。资本成本为 12%。求其等值年成本 EAC。

C0 = €60 000M = €4 000n = 7r = 12%
EAC = €
4.NPV 与 IRR困难
r (%)NPVABr* = ?0

项目 A 需投入 €40 000,在第 1 年到第 3 年的每年年末回报 €23 000, €16 000, €9 500。项目 B 需投入 €42 000,回报为 €12 000, €18 000, €22 000。求两个项目 NPV 相同时的交叉利率 r*,以百分比表示。

A: −40 000, 23 000, 16 000, 9 500B: −42 000, 12 000, 18 000, 22 000
r* = %
5.债券定价与收益率中等
年01234P€70€70€70 + €1 000

一只面值为 €1 000 的债券每年支付 7% 的票息,4 年后到期。其到期收益率从 3.5% 变为 4.5%。债券价格变化多少 ΔP?

F = €1 000票面利率 = 7%n = 4y1 = 3.5%y2 = 4.5%
ΔP = €
6.债券定价与收益率困难
半年0123456€1 055€35€35€35 + €1 000

一只面值为 €1 000 的债券每年支付 7% 的票息,分两次半年支付,3 年后到期。其售价为 €1 055。求其到期收益率 YTM(以年利率表示,即半年收益率的两倍),以百分比表示。

F = €1 000票面利率 = 7% (2×)n = 3P = €1 055
YTM = %
7.CAPM 与 WACC中等
WACC = ?所有者权益€2 000 000re​ = 13%债务€4 000 000rd​ = 3%T = 25%

某公司有价值 €2 000 000 的股权和价值 €4 000 000 的债务。其股权成本为 13%,税前债务成本为 3%,税率为 25%。求 WACC。

E = €2 000 000D = €4 000 000re = 13%rd = 3%T = 25%
WACC = %
8.CAPM 与 WACC困难
rf​ = 1.5%, rm​ − rf​ = 7%D/E = 0.25所有者权益βL​ = 1.5债务D/E = 0.6所有者权益re​ = ?债务T = 20%

一家公司股票在当前负债权益比 0.25 下的贝塔为 1.5。公司计划把负债权益比提高到 0.6。税率为 20%,无风险利率为 1.5%,市场风险溢价为 7%。求变化后的股权资本成本 re。

βL = 1.5D/E1 = 0.25D/E2 = 0.6T = 20%rf = 1.5%rm − rf = 7%
re = %
9.描述统计中等
253035404550

求数据的样本标准差 s:50, 46, 21, 41, 43。

n = 5
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 100,标准差为 10。求成绩 95 的 z 分数 z。

μ = 100σ = 10x = 95
z =
11.概率中等
xp(x)10.1520.1530.240.1550.35μ = 3.4

对图中的分布,求 X 的方差 Var(X)。

x: 1, 2, 3, 4, 5p(x): 0.15, 0.15, 0.2, 0.15, 0.35
Var(X) =
12.概率困难
xp(x)00.1520.340.2560.3μ

X 的分布如图所示,Y = −2X + 10。求 Y 的标准差 σY。

x: 0, 2, 4, 6p(x): 0.15, 0.3, 0.25, 0.3Y = −2X + 10
σY =
13.正态分布中等
105 s114.6 sX + Y?

X 服从均值 60 s、标准差 5 s 的正态分布;Y 独立,服从均值 45 s、标准差 4 s 的正态分布。求 X + Y 大于 114.6 s 的概率 P。z 取两位小数。

μX = 60, σX = 5μY = 45, σY = 4X + Y > 114.6 s
P =
14.正态分布困难
μ = 32x = ?90%

配送时间服从正态分布,均值为 32 min,标准差为 6 min。求数值 x,使得有 90% 的数据低于它(第 90 百分位数)。

μ = 32σ = 6P = 90%
x = min
15.置信区间中等
x̄E₁ = 2.490%, n = 36x̄E₂ = ?99%, n = 9

基于 36 个观测值且 σ 已知的均值 90% 置信区间,其误差范围为 2.4。 基于 9 个观测值的 99% 区间,其误差范围 E₂ 是多少?

90%n₁ = 36E₁ = 2.499%n₂ = 9
E₂ =
16.置信区间困难
n = 30Lσ = ?s = 11.795%

30 根机加工轴的直径样本标准差为 11.7 µm。假设直径服从正态分布,求总体标准差 95% 置信区间的上限 σ。df = 29 时,χ² 分布有 2.5% 位于 16.047 以下,2.5% 位于 45.722 以上。

n = 30s = 11.7 µmχ² = 16.047, 45.722
σ = µm
17.假设检验与置信区间中等
−2.2622.262t = ?df = 9

10 名员工在培训课程前后各参加一次打字测试。记录每人的差值 d = 培训后 − 培训前(每分钟字数)。平均差值为 6.03,差值的标准差为 5.3。求 H₀: μd = 0 的配对检验统计量 t。

n = 10d̄ = 6.03sd = 5.3
t =
18.假设检验与置信区间困难
σ = 8, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 399%

样本至少要多大,才能使均值的 99% 置信区间的误差范围不超过 3?标准差为 8。求最小样本量 n。

σ = 8E = 399%
n =
19.线性回归与相关中等
xy2741762582910381244xy5102040

表中给出 6 对观测值 x = 荷载 (kN) 和 y = 伸长量 (mm)。 已给出它们的各项和。由这些和求皮尔逊相关系数 r。

n = 6Σx = 42Σy = 160Σx² = 364Σy² = 5184Σxy = 1372
r =
20.线性回归与相关困难
xy18912010822121241322613128145xy2025100120140ŷ = 131

表中给出 6 对观测值 x = 温度 (°C) 和 y = 冰淇淋销量。 使用最小二乘直线 ŷ = a + b·x。 x 取何值 x 时,直线预测 ŷ = 131?

n = 6ŷ = 131
x =

3溶液

1.货币的时间价值

答案: EAR = 21 %

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。

每期利率

r/m = 0.2/2 = 0.1

复利一年

EAR = (1 + 0.1)2 − 1 = 1.21 − 1 = 21%

答案

EAR = 21%

当一年内复利多于一次时,实际年利率总是高于名义利率。

2.货币的时间价值

答案: A = 38.59 €

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 = 0.036000000000000004/12 = 0.003
N = 12·16 = 192

存款额

A = FV·i/((1 + i)N − 1) = 10 000·0.003/(1.777 − 1) = €38.59

答案

A = €38.59
3.NPV 与 IRR

答案: EAC = 17147 €

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 − 1.12−7)/0.12 = 4.564

年化购置价格

60 000/4.564 = 13 147.06

EAC

EAC = 13 147.06 + 4 000 = €17 147.06

答案

EAC = €17 147.06
4.NPV 与 IRR

答案: r* = 5.565 %

交叉利率:两个项目 NPV 相同时的折现率。它是两者现金流之差 (B − A) 的 IRR。低于该利率时,现金流较晚、较大的项目 NPV 较高;高于该利率时,另一个项目胜出。

现金流之差

ΔCF0 = −42 000 − (−40 000) = −2 000
ΔCF1 = 12 000 − 23 000 = −11 000
ΔCF2 = 18 000 − 16 000 = 2 000
ΔCF3 = 22 000 − 9 500 = 12 500

差额的 IRR

NPVΔ(5%) = 135.84
NPVΔ(6%) = −102.12
r* = 5.565%

答案

r* = 5.565%

校核:在 5.565% 时两个 NPV 都是 €4 220.19。

5.债券定价与收益率

答案: ΔP = −38.87 €

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 = €70.00, i = 0.035, N = 4
€70.00·(1 − 0.8714)/0.035 + €1 000·0.8714 = €257.12 + €871.44 = €1 128.56

按新收益率计算的价格

C = €70.00, i = 0.045, N = 4
€70.00·(1 − 0.8386)/0.045 + €1 000·0.8386 = €251.13 + €838.56 = €1 089.69

变化

ΔP = 1 089.69 − 1 128.56 = −€38.87

答案

ΔP = −€38.87
6.债券定价与收益率

答案: YTM = 5.003 %

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 = €35.00, N = 6

数值求解

i = 2.501% 每半年

YTM

YTM = 2·2.501% = 5.003%

答案

YTM = 5.003%
7.CAPM 与 WACC

答案: WACC = 5.833 %

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 = €6 000 000, E/V = 0.3333, D/V = 0.6667

WACC

WACC = 0.3333·13% + 0.6667·3%·(1 − 0.25) = 5.833%

答案

WACC = 5.833%
8.CAPM 与 WACC

答案: re = 14.45 %

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 = 1.5/(1 + 0.8·0.25) = 1.25

按新的 D/E 重新加杠杆

βL = 1.25·(1 + 0.8·0.6) = 1.85

股权成本(CAPM)

re = 1.5% + 1.85·7% = 14.45%

答案

re = 14.45%
9.描述统计

答案: s = 11.26

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 = 201/5 = 40.2

离差平方

Σ(x − x̄)² = 9.8² + 5.8² + (−19.2)² + 0.8² + 2.8² = 506.8

标准差

s = √(506.8/4) = 11.26

答案

s = 11.26
10.描述统计

答案: z = −0.5

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 = (95 − 100)/10 = −0.5

答案

z = −0.5
11.概率

答案: Var(X) = 2.14

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 = 1·0.15 + 2·0.15 + 3·0.2 + 4·0.15 + 5·0.35 = 3.4

平方的均值

E(X²) = 1·0.15 + 4·0.15 + 9·0.2 + 16·0.15 + 25·0.35 = 13.7

方差

Var(X) = 13.7 − 3.4² = 2.14

答案

Var(X) = 2.14
12.概率

答案: σY = 4.214

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 = 3.4, Var(X) = 4.44, σX = 2.107

线性变换

σY = |−2|·2.107 = 4.214

答案

σY = 4.214

均值确实会改变:E(Y) = −2·3.4 + 10 = 3.2。

13.正态分布

答案: P = 0.06681

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 = 105 s, σ = √(5² + 4²) = 6.403 s

标准化

z = (114.6 − 105)/6.403 = 1.5

上尾

P = 1 − Φ(1.5) = 1 − 0.9332 = 0.06681

答案

P = 0.06681
14.正态分布

答案: x = 39.69 min

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) = 0.9 → z = 1.282

换算回 x

x = 32 + 1.282·6 = 39.69 min

答案

x = 39.69 min
15.置信区间

答案: E₂ = 7.517

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 = (2.576/1.645)·√(36/9) = 3.132

新的误差范围

E₂ = 2.4·3.132 = 7.517

答案

E₂ = 7.517
16.置信区间

答案: σ = 15.73 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 = 29·11.7² = 3970

σ² 的限值

3970/45.722 = 86.82
3970/16.047 = 247.4

σ 的限值

σ = √247.4 = 15.73 µm

答案

σ = 15.73 µm

σ 的 95% 区间:[9.318, 15.73] µm。

17.假设检验与置信区间

答案: t = 3.598

Testing a mean: the test statistic measures how many standard errors the sample mean lies from the value claimed in H₀: z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n) when σ is known, t = (x̄ − μ₀)/(s/√n) when it is estimated from the sample. A confidence interval is x̄ ± (critical value)·(standard error).

平均差值的标准误

SE = 5.3/√10 = 1.676

检验统计量

t = 6.03/1.676 = 3.598

答案

t = 3.598

df = 9 时,双侧 5% 的临界值为 2.262;|t| 更大,所以拒绝 H₀。

18.假设检验与置信区间

答案: n = 48

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 = (2.576·8/3)² = 47.19

向上取整

n = 48

答案

n = 48
19.线性回归与相关

答案: r = 0.9945

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 = 1372 − 42·160/6 = 252
Sxx = 364 − 42²/6 = 70
Syy = 5184 − 160²/6 = 917.3

相关系数

r = 252/√(70·917.3) = 0.9945

答案

r = 0.9945
20.线性回归与相关

答案: x = 24.93

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 = 138/6 = 23
ȳ = 728/6 = 121.3

平方和与乘积和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 350

回归直线

b = 350/70 = 5
a = 121.3 − 5·23 = 6.333
ŷ = 6.333 + 5·x

解出 x

x = (131 − 6.333)/5 = 24.93

答案

x = 24.93

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