LATEX:玩转数学公式

1.数学模式概述

latex中的数学公式主要包括两种:行内公式和行间公式。
顾名思义,行内公式就是夹杂在行文中的公式,行间公式则是自己另起一行。

  • 行内公式
    在输入中,更加简便的写法就是在公式前后加上$,如$a+b=c$
  • 行间公式
    一种方法是在公式前后加上$$,但是这种方法可能会产生不良的间距;
    另一种方法是在公式前后分别加上\[和\],如\[a+b=c\]
  • 自动编号
    latex还提供了给公式自动编号的环境,如
\begin{equation}
a+b=c 
\end{equation}

这样,公式就会根据章节按顺序编号了。

  • 常用的宏包
    latex种十分常用的宏包,\usepackage{amsmath}
    在这个宏包下可以在公式中插入文字,如$\text{被减数}-\text{减数}=\text{差}$

2.数学结构

  • 上标与下标
    • 上标用字符^
    • 下标用字符_
    • 当上标或下标中包含多个字符,应当用花括号,如$A_{IJ}=B^{I+J}$
    • 既包含上标又包含下标,两者顺序不重要,如$A_{IJ}^{I+J}$
  • 上下划线与花括号
    • 上划线 \overline
    • 下划线\underline
    • 箭头,类似上下划线,有\overleftarrow , \underrightarrow等
    • 上方或者下方的花括号 \overbrace, \underbrace
    • 花括号可以增加文字注释,如
$\overbrace{0,0,\dots,0}^{\text{共n项}}$
$\underbrace{0,0,\dots,0}_{n}$
花括号

- 方括号 \underbracket, \overbracket

  • 分式

    • $\frac{分子}{分母}$


      image.png
    • 用到包xfrac,$\sfrac{1}{(a+b)}$
      image.png
    • 二项式 \binom


      image.png
  • 根式

    • \sqrt[开方次数]
  • 矩阵
    矩阵分为三种形式


    矩阵的三种形式

    其中pmatrix为最常见的一种,示例如下

\[A=\begin{pmatrix}
1&2&3\\
4&5&6\\
7&8&9\\
\end{pmatrix}
\]
pmatrix

矩阵中常常需要用到各种省略号,其中
\dots 生成横着的省略号
\vdots 生成竖直的省略号
\ddots 生成倾斜的省略号

\[A=\begin{pmatrix}
1&\dots&3\\
&\ddots&\vdots\\
7&8&9\\
\end{pmatrix}
\]
省略号

3.符号与类型

  • 字母表与普通符号
    • 粗体 \boldsysymbol (属于amsmath包)
    • 特殊数学字符的输入方法
    • 方便起见,每次都要如此输入比较麻烦,可以在导言区设置某个符号输入的快捷方式,如\newcommand{\mi}{\mathrm{i}},下次在输入虚数i的时候,只要输入 \mi就可以了。
$\mathbf{X}$\\
$\mathrm{e}$\\
$\mathrm{i}$
特殊数学字符

image.png

image.png

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  • 数学算子


    image.png
    • 积分式的正确写法 \[ \int_{2}^{3} f(x) \,\mathrm{d} x \]
      积分

      image.png
    • 对一些常用的算子,为了能够在使用时更加便捷,可以在导言区设置快捷方式,如积分常用的d算子,可以在导言区写下\DeclareMathOperator{\dif}{d\!},那么,在正文中用到这个算子的时候只需要写\dif 即可,如\[ \int_{2}^{3} f(x) \,\dif x \],便可得到上面图片中的积分式。
  • 二元运算符与关系符


    image.png

    image.png

    image.png

    image.png

    image.png

    image.png

    image.png
  • 括号与定界符

    image.png

    当使用\left(\right)时,括号会根据其中的内容自动调整大小
    当然,也可以进行手动调整
    image.png

  • 标点


    数学标点

    省略号

4.多行公式

  • 罗列多个公式
    在前面介绍的多行公式的书写方法中,换行符号\\是无效的。
    有以下几种方法可以替代解决这个问题
    • 用gather函数
\begin{gather}
a+b=c\\
c+d=e\notag
\end{gather}
image.png

在gather内部可以使用换行符号进行换行,加上\notag表示这一行不进行编号。如果将gather写成gather*,那么所有的公式都不会进行编号。
- 使用align函数

\begin{align}
aaa+bbb&=ccc\\
a+b&=c
\end{align}
image.png

这个函数在每个式子的等号前加上&,就可以是的各行的等号对齐,同理,align也可以更改为不编号的align*
- 对于单个式子需要分行的,

\begin{align*}
&x^2\\
={}& a^2+b^2\\
={}& c^2+d^2+e^2
\end{align*}
image.png

需要按照上面的格式,在最开头加上&,需要对齐的等号应写为={}&。

  • 拆分单个公式
    比较简便的方法就是利用breqn包里的dmath函数,可以对较长的单个式子自动进行断行
  • 将公式组合成块
    • 不需要每个公式都编号,用到mathtools的dcases函数
\[
f(x)=\begin{dcases}
1,&x=1\\
0,&x \not= 1
\end{dcases}
\]
image.png

- 将每个公式都编号,需要用到cases包的numcases函数

\begin{numcases}{f(x)=}
    1, &$x=1$\\
    0, &$x \not= 1$
\end{numcases}
image.png

5.精调与杂项

(这个坑以后有空再填吧,暂时也用不着)

  • 公式的编号控制
  • 公式的字号
  • 断行与数学间距
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