# LaTeX

LaTeX是一种基于ΤΕΧ的排版系统,由美国计算机学家莱斯利·兰伯特(Leslie Lamport)在20世纪80年代初期开发。利用这种格式可以生成复杂表格和数学公式,这个笔记的重点就是教你如何利用LaTeX排版数学公式

(1.1)f(x)={limx→0axb+c,x<3π,x=3∫a3bxij+e2dx,x>3

你也想写出这样的公式?是的,你没有看错。上面这些公式并不是图片,而是用一种更为优雅的方式产生——LaTeX

你可以通过LaTeX代码优雅的写出这些高印刷质量的公式,就像这样

f(x) = \begin{cases}
\lim\limits_{x \to 0} \frac{a^x}{b+c}, & x<3 \\
\pi, & x=3 \\
\int_a^{3b}x_{ij}+e^2 \mathrm{d}x,& x>3 \\
\end{cases}

不要害怕,这其实很简单,只需要花费一点时间看完这篇笔记,你也可以优雅的写出这些数学公式

首先推荐一个网站 在线LaTeX公式编辑器 (opens new window) 你可以一边学习,一边在这里测试你学到的东西,这样可以帮助你更快,更轻松的理解LaTeX

那我们开始吧!

# 一些简单的公式

输入 f(x) = a+b

显示:

f(x)=a+b

像这样简单的公式只需要像平时一样用键盘输入即可

# 运算符号与字母

你的键盘并不能打出乘号,除号,点乘 等符号你可以使用LaTeX代码打出这些符号

x−2÷3×4=y+x⋅y

LaTeX代码如下,除号用\div表示,乘号用\times表示,点乘用\codt表示,而加号,减号,等于号可以用键盘打出,那么就不需要用LaTeX来表示了

x-2\div 3\times 4=y + x\cdot y

除了基本运算符号,还有更多符号在最后的参考里,具体按照自己需求查看

  • 常用数学符号

    Property LaTeX 符号 LaTeX 符号 LaTeX
    + + ≈ \approx ⇀(向量) \vec{}
    - - Δ \Delta ∑ \sum
    × \times ∞ \infty ∫ \int
    ÷ \div α \alpha ∮ \oint
    ± \pm β \beta ∬ \iint
    ⋃ \cup γ \gamma ∭ \iiint
    ⋂ \cap τ \tau ∯ \oiint
    ∁ \complement φ \varphi ∰ \oiiint
    < < λ \lambda lim \lim
    > > ρ \rho ⋁ \bigvee
    = = π \pi ⋀ \bigwedge
    ≤ \le ξ \xi ⋃ \bigcup
    ≥ \ge ν \nu ⋂ \bigcap
    ⊆ \subseteq μ \mu ∏ \prod
    ∈ \in η \eta ∐ \coprod
    ∅ \emptyset ψ \Psi ∂ \partial
    ∵ \because Ω \Omega ∅ \phi
    ∴ \therefore ·(点乘) \cdot ε \varepsilon
    ∀ \forall ℏ \hbar σ \sigma
    ∃ \exists δ \delta Φ \Phi
    ω \omega ∇ \nabla

# 上下标

aij2+b23=xt+y′+x12″

_{}表示下标,{}括号里写下标内容、^{}表示上标,{}括号里写上标内容,但上下标内容只有一个字符时,可以不用大括号括起来;单引号’表示求导。

a_{ij}^{2} + b^3_{2}=x^{t} + y' + x''_{12}

如果想在x前面显示上下标,如下,可以把x放在_{}和^{}后面

abx
_{a}^{b}x

如何把上下标放在正上下方呢? 可以用\limits_{}^{},前一个括号里是下标,后一个括号里是上标,\limits这个符号是用来表示数学里的范围,不是所有的符号在运算中需要范围,所以这种方式只对一些有可能需要定义范围的特定的符号有效(例如,\int,\prod,\bigcap,\bigcup,\sum,\oint,\lim,\coprod)

∫ab
\int\limits_{a}^{b}

还有一种其方法适用于所有符号,但这种方式并不兼容所有可以使用LaTeX的软件

\sideset{1}{1}X_a^b

矢量物理中有一个很重要的,例如a的单位矢量,一般写作a^,这个符号像不像a带了一顶帽子?没错,它就是“a先生”的“帽子”帽子的英文为hat,所以我们可以在LaTeX中用\hat{a}来表示a^

# 根号分式

x+x2+y=ki3−xm
\sqrt{x} + \sqrt{x^{2}+\sqrt{y}} = \sqrt[3]{k_{i}} - \frac{x}{m}

\sqrt{}表示平方根,括号里写根号下的内容

\sqrt[n]{}表示n次方根,[]里填写数字是几就为代表根式是几次方根例如\sqrt[3]{x}就表示x3

\frac{}{}表示分式,前一个括号里是分子,后一个括号里是分母。也可以使用\cfrac{}{},区别在于比前者字号稍大

# 向量

a→+AB→+DE←

\vec表示向量,\overrightarrow表示箭头向右的向量,\overleftarrow表示箭头向左的向

\vec{a} + \overrightarrow{AB} + \overleftarrow{DE}

# 积分、极限、求和、乘积

limx→∞x222−∫15xdx+∑n=120n2=∏j=13yj+limx→−2x−2x

\int表示积分,\lim表示极限, \sum表示求和,\prod表示乘积

\lim_{x \to 0}表示limx→0 \to代表→ 如果把0改为\infty那么就会变成limx→∞

\lim_{x \to \infty} x^2_{22} - \int_{1}^{5}x\mathrm{d}x + \sum_{n=1}^{20} n^{2} = \prod_{j=1}^{3} y_{j}  + \lim_{x \to -2} \frac{x-2}{x}

# 空格与换行

# 空格

名称 代码 演示 描述
两个quad空格 a\qquad b ab 两个m的宽度
quad空格 a\quad b ab 一个m的宽度
大空格 a\ b ab 1/3m宽度
中等空格 a\;b ab 2/7m宽度
小空格 a\,b ab 1/6m宽度
紧贴 a\!b ab 缩进1/6m宽度

# 换行

LaTeX是默认不换行的,如果换行必须在特殊条件下用\\表示换行

abcdef
\begin{equation}
\begin{aligned}
abc\\ 
def\\
\end{aligned}
\end{equation}

# 矩阵

(a11⋯a1n⋮⋱⋮am1⋯amn)
\begin{pmatrix}  
  a_{11} & \cdots & a_{1n} \\  
  \vdots & \ddots & \vdots \\  
  a_{m1} & \cdots & a_{mn}  
\end{pmatrix}

是不是看傻了,没关系,我们只需要把代码拆开一部分一部分看就可以

如果我们把中间的内容去掉,替换成x,你会发现这其实就是一个括号里放了一个x,那这个x其实就代表那些矩阵,但这个括号可不是一般的括号

\begin{pmatrix}  
x
\end{pmatrix}
(x)

然后我们输入第一行矩阵,显示如右。注意,这里的&起到空格的作用,只在矩阵可行。在LaTeX中如果只输入空格是不会有空格的效果的,当然这个方法并不标准,是我自己摸索出来的,标准的空格如下,但比较麻烦。

  • 标准的空格
\begin{pmatrix}  
 a_{11} & \cdots & a_{1n}
\end{pmatrix}
(a11⋯a1n)

再输入第二行矩阵,注意,第一行尾部要添加\来表示换行。显示如右

\begin{pmatrix}  
  a_{11} & \cdots & a_{1n} \\  
  \vdots & \ddots & \vdots 
\end{pmatrix}
(a11⋯a1n⋮⋱⋮)

最后一行矩阵同上方法,即可得到开头那个整的矩阵。再次提醒要用\\换行!!!

示例:

abcd
\begin{matrix} 
a & b \\
c & d
\end{matrix}

(abcd)
\begin{pmatrix} 
a & b \\
c & d
\end{pmatrix}

[abcd]
\begin{bmatrix} 
a & b \\
c & d
\end{bmatrix}

{abcd}
\begin{Bmatrix} 
a & b \\
c & d
\end{Bmatrix}

|abcd|
\begin{vmatrix} 
a & b \\
c & d
\end{vmatrix}

‖abcd‖
\begin{Vmatrix} 
a & b \\
c & d
\end{Vmatrix}

使用\left \right关键词

(abcd)
\left(
\begin{matrix} 
a & b \\
c & d
\end{matrix}
\right)

[abcd]
\left[
\begin{matrix} 
a & b \\
c & d
\end{matrix}
\right]

# 公式编号

(1.1)f(x)=loga⁡b−c

代码如下,其实只需要在你的公式后添加\tag{},括号里填写编号。

f(x) = \log_{a}{b}-c \tag{1.1}

# 多行公式/三角函数

cos⁡2x=cos2⁡x−sin2⁡x=2cos2⁡x−1

\sin是正弦 \cos是余弦 \tan是正切,你可能会好奇这些符号其实是可以用键盘直接打出来的,那么为什么还要设立一个单独的符号呢?那就让我们一探究竟吧,如果我们用键盘写出sin,那么在LaTeX下显示是sin但如果我们用符号\sin那么在LaTeX下显示是sin 你会发现它们在字体上是有不同的,而且\sin只表示一个符号但sin表示三个符号,这在LaTeX排布时会略显差异。

\begin{split}
\cos 2x 
&= \cos^2x - \sin^2x \\
&=2\cos^2x-1
\end{split}

同样是换行,但想要达到这种等号对齐的效果必须在每个要对其的等于号前加上&

(这是&的第二个用法)

# 方程组

f(x)={limx→0axb+cx<3πx=3∫a3bxij+e2dxx>3

是不是对这个方程组很熟悉,没错这就是开头那个,前面学了那么多你应该知道大概要怎么做了吧,不过还欠点火候,我们还有最后一点东西没学完

f(x) = \begin{cases}
\lim\limits_{x \to 0} \frac{a^x}{b+c}, & x<3 \\
\pi, & x=3 \\
\int_a^{3b}x_{ij}+e^2 \mathrm{d}x,& x>3 \\
\end{cases}

这就是这个方程组的代码,不用担心,它并不复杂,我们还是用之前的方法,来一部分一部分看他

f(x) = \begin{cases}

\end{cases}
f(x)={

\begin{cases} \end{cases} 其实就是一个花括号的格式,只需要在里面填写方程和条件然后用\换行把每个方程分开即可,这样就可以得到那个方程组。让我们来看下一步

f(x) = \begin{cases}
\lim\limits_{x \to 0} \frac{a^x}{b+c} & x<3 

\end{cases}
f(x)={limx→0axb+cx<3

现在我们把第一个方程放在括号里了,这里要注意在方程后添加条件先在方程后写&然后再写条件

(这是&的第三种用法)

我们在第一个方程后添加\换行,然后写入第二行方程,如下

f(x) = \begin{cases}
\lim\limits_{x \to 0} \frac{a^x}{b+c} & x<3 \\
\pi & x=3 \\
\end{cases}
f(x)={limx→0axb+cx<3πx=3

同上方式,你就可以写出那个完整的方程组了。

好的,现在你已经可以通过LaTeX写出绝大多数数学公式了,它一定会成为你数理学习路上的好帮手

# 狄拉克符号

⟨ψ||ψ⟩⟨ψ|ψ⟩

方法一

\left \langle \psi \right | 
\left| \psi  \right \rangle 
\left \langle \psi | \psi \right \rangle

\left \langle $\psi$ \right | 表示⟨ψ|

\left | $\psi$ \right \rangle 表示 |ψ⟩

\left \langle $\psi$ | $\psi$ \right \rang表示⟨ψ|ψ⟩

这种方式会看起来比较复杂

方法二

\bra{\psi} 
\ket{\psi} 
\braket{\phi|\psi}

这是标准的写法,使用起来也非常简单,推荐使用这样的写法

# 字体

例如我们数学中的傅里叶变换F和拉普拉斯变换L,你知道这些符号都是怎么打出来的吗?

其实它们都是换了字体的大写F和L,我们在数学和物理的学习中也是会经常用到这些符号

L \mathscr{L} L \mathcal{L}

F \mathscr{L} F \mathcal{F}

以上是它们对应的LaTeX,这两种不同字体的符号在教科书上都能看到,除了以上这两种,还有其他的字体,例如:

ABCDEFGHRGKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghrgklmnopqrstuvwxyz

这里使用的字体为\mathbf{},这是一个加粗字体

ABCDEFGHRGKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghrgklmnopqrstuvwxyz

这里使用的字体是\mathit{},这是一个斜体字体

ABCDEFGHRGKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghrgklmnopqrstuvwxyz

这里使用的字体是\mathcal,这是一个手写体字体

最后展示一个与数学毫不相关的

ABCDEFGHRGKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghrgklmnopqrstuvwxyz

这里使用的字体是德文尖角体,这个字体用\mathfrak{}。除此之外,你还发现了什么,没错,与之前不同的是这里的字是蓝色的。LaTeX可以定义字的颜色,你只需要在字前加一个\color{}括号里输入颜色名称即可,代码如下

\color{Blue}\mathfrak{ABCDEFGHRGKLMNOPQRSTUVWXYZ} \\ 
\color{Blue}\mathfrak{abcdefghrgklmnopqrstuvwxyz}

你可能会疑惑,你并不知道所有颜色的名称,而且并不是所有颜色都有名称,那么我们如何让字显示出我们想要的颜色?用我们常说的RGB,也就是三原色,理论上它们可以搭配出成千上万种颜色,总有一款是你喜欢的那么如何用LaTeX表示三原色呢?用\color[RGB]{0,0,0}最大值为225,最小值为0,值越大颜色占比越多,第一个数代表红色的值,第二个数代表绿色的值,第三个数代表蓝色的值,其实是按照RGB的顺序来的,R代表Red(红色),G代表Green(绿色),B代表Blue(蓝色)。

在一堆字里,我只想定义个别字的颜色怎么办我们可以把字用{}括号括起来

\color{red}{abc}
或者
{\color{Blue}abc}
两者没有区别(为了比较明显我把两种方式的字设成了不同颜色)
abcabc

# 大小

LaTeX不仅可以定义字体,颜色,还可以定义字的大小。虽然这在数学公式中并不一定能用上,但我还是提一嘴,以备不时之需

一号 \Huge ∫f−1(x−xa)dx

二号 \huge ∫f−1(x−xa)dx

三号 \LARGE ∫f−1(x−xa)dx

四号 \Large ∫f−1(x−xa)dx

小四号 \large ∫f−1(x−xa)dxzh

五号(默认) ∫f−1(x−xa)dx

小五号\small ∫f−1(x−xa)dx

六号 \footnotesize ∫f−1(x−xa)dx 小六号 \scriptsize ∫f−1(x−xa)dx 七号 \tiny ∫f−1(x−xa)dx

除了字体大小还有字体的样式,放在下面提供参考

\begin{array}{l} 
  {\displaystyle \int f^{-1}(x-x_a)dx} \\
  {\textstyle \int f^{-1}(x-x_a)dx} \\
  {\scriptstyle \int f^{-1}(x-x_a)dx}\\
  {\scriptscriptstyle \int f^{-1}(x-x_a)dx}
\end{array}
∫f−1(x−xa)dx∫f−1(x−xa)dx∫f−1(x−xa)dx∫f−1(x−xa)dx

# 化学方程式

以上内容足够你打出你所能在书本上见到的绝大多数数学公式,既然如此,我们不如再尝试一下化学方程式,让我们试试看吧!

SO42−+Ba2+→BaSO4↓
SO_4^{2-}+Ba^{2+}\to BaSO_4\downarrow

这个是我用上述所学到的LaTeX知识所打出来的,而下面这个是我用扩展方法打出来的,两者字体和箭头略有不同。

SOA4A2−+BaA2+⟶BaSOA4↓
\ce{SO4^2- + Ba^2+ -> BaSO4 v}

下面这个用扩展方法打出来的化学方程式中沉淀箭头由v代替,字母后的数字自动变为下标,多个上标符号在一块时不需要用{}括起来箭头被->代替,\ce表示启用化学的扩展方法

参考:

ZnA2+↽−−⇀+2OHA−+2HA+Zn(OH)A2↓amphoteres Hydroxid↽−−⇀+2OHA−+2HA+[Zn(OH)A4]A2−Hydroxozikat
\ce{Zn^2+  
<=>[+ 2OH-][+ 2H+]  
\underset{\text{amphoteres Hydroxid}}{\ce{Zn(OH)2 v}}  
<=>[+ 2OH-][+ 2H+] 
\underset{\text{Hydroxozikat}}{\ce{[Zn(OH)4]^2-}}}

# 符号参考

  • 希腊字母

    小写 LaTeX 读音 大写 LaTeX 读音
    α \alpha /ˈælfə/ Γ \Gamma /ˈɡæmə/
    β \beta /ˈbiːtə/, US: /ˈbeɪtə/ Δ \Delta /ˈdɛltə/
    γ \gamma /ˈɡæmə/ Θ \Theta /ˈθiːtə/
    δ \delta /ˈdɛltə/ Λ \Lambda /ˈlæmdə/
    ϵ \epsilon /ˈɛpsɪlɒn/ Ξ \Xi /zaɪ, ksaɪ/
    ε \epsilon /ˈɛpsɪlɒn/ Π \Pi /paɪ/
    ζ \zeta /ˈzeɪtə/ Σ \Sigma /ˈsɪɡmə/
    η \eta /ˈeɪtə/ Υ \Upsilon /ˈʌpsɪlɒn/
    θ \theta /ˈθiːtə/ Φ \Phi /faɪ/
    ϑ \vartheta /ˈθiːtə/ Ψ \Psi /psaɪ/
    ι \iota /aɪˈoʊtə/ Ω \Omega /oʊˈmeɪɡə/
    κ \kappa /ˈkæpə/ ω \omega /oʊˈmeɪɡə/
    λ \lambda /ˈlæmdə/ ψ \psi /psaɪ/
    μ \mu /mjuː/ χ \chi /kaɪ/
    ν \nu /njuː/ φ \varphi /faɪ/
    ξ \xi /zaɪ, ksaɪ/ ϕ \phi /faɪ/
    ο \omicron /ˈɒmɪkrɒn/ υ \upsilon /ˈʌpsɪlɒn/
    π \pi /paɪ/ τ \tau /taʊ, tɔː/
    ϖ \varpi /paɪ/ ς \varsigma /ˈsɪɡmə/
    ρ \rho /roʊ/ σ \sigma /ˈsɪɡmə/
    ϱ \varrho /roʊ/

    注意: MathJax支持的大写希腊字母有限,如需其他(如大写Alpha),可使用罗马体转换,如\mathrm{A}表示大写Alpha:A。

  • 集合

    图标 LaTeX 图标 1 LaTeX 1
    ∁ \complement ⊏ \sqsubset
    ∅ \emptyset ⊃ \supset
    ∅ \varnothing ⋑ \Supset
    ∈ \in ⊐ \sqsupset
    ∉ \notin ⊆ \subseteq
    ∋ \ni ⊈ \nsubseteq
    ∩ \cap ⊊ \subsetneq
    ⋒ \Cap ⊊ \varsubsetneq
    ⊓ \sqcap ⊑ \sqsubseteq
    ⋂ \bigcap ⊇ \supseteq
    ∪ \cup ⊉ \nsupseteq
    ⋓ \Cup ⊋ \supsetneq
    ⊔ \sqcup ⊋ \varsupsetneq
    ⋃ \bigcup ⊒ \sqsupseteq
    ⨆ \bigsqcup ⫅ \subseteqq
    ⊎ \uplus ⊈ \nsubseteqq
    ⨄ \biguplus ⫋ \subsetneqq
    ∖ \setminus ⫋ \varsubsetneqq
    ∖ \smallsetminus ⫆ \supseteqq
    × \times ⊉ \nsupseteqq
    ⊂ \subset ⫌ \supsetneqq
    ⋐ \Subset ⫌ \varsupsetneqq
  • 希伯来字母

    图标 LaTeX 英文
    ℵ \aleph aleph
    ℶ \beth beth
    ℷ \gimel gimel
    ℸ \daleth daleth
  • 几何符号

    图标 LaTeX 图标 LaTeX
    ∥ \parallel ◊ \lozenge
    ∦ \nparallel ⧫ \blacklozenge
    ∥ \shortparallel ★ \bigstar
    ∦ \nshortparallel ◯ \bigcirc
    ⊥ \perp △ \triangle
    ∠ \angle △ \bigtriangleup
    ∢ \sphericalangle ▽ \bigtriangledown
    ∡ \measuredangle △ \vartriangle
    45∘ 45^\circ ▽ \triangledown
    ◻ \Box ▴ \blacktriangle
    ◼ \blacksquare ▾ \blacktriangledown
    ⋄ \diamond ◂ \blacktriangleleft
    ◊ \Diamond \lozenge ▸ \blacktriangleright
  • 逻辑符号

    图标 LaTeX 图标 LaTeX
    ∀ \forall ¬ \neg
    ∃ \exists ⧸R \not\operatorname{R}
    ∄ \nexists ⊥ \bot
    ∴ \therefore ⊤ \top
    ∵ \because ⊢ \vdash
    & \And ⊣ \dashv
    ∨ \lor ⊨ \vDash
    ∨ \vee ⊩ \Vdash
    ⋎ \curlyvee ⊨ \models