Latex 学习之旅

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1. 基本操作

文稿（即用于排版的源文件）包括两部分内容：

正文（需要排版输出的内容）
排版控制命令（用于控制版面样式、字体字形等格式）
- 控制命令是用反斜线引导的字符串

西文排版命令分为两种：

控制字
- 由反斜线和一个或多个英文字母组成，区分大小写，可用使用任何非英文字母的字符（如空格、括号等）表示控制字的结束。
控制符
- 由反斜线和一个符号（非英文字母）组成。有一些西文排版命令带有参数，可以省略的参数放在 []中，不可省略的参数放在 {} 中。
- \命令名[可选参数]{不可省略的参数}
- 同一个括号内的参数，若有多个，则需要使用 , 隔开。

一般地，当源文件不含汉字时，建议使用 tex做文件的扩展名，当当源文件有汉字时，建议使用 ty 作为扩展名。

示例：

\documentclass[UTF8]{ctexart}

\usepackage{amsmath}  % 数学公式的宏包

\title{你好，world!}

\author{Liam}

\date{\today}

\begin{document}

\maketitle  % 这个控制序列能将在导言区中定义的标题、作者、日期 按照预定的格式展现出来。

\tableofcontents   % 插入目录

\section{你好中国}

中国在East Asia.

\subsection{Hello Beijing}

北京是capital of China.

\subsubsection{Hello Dongcheng District}

\paragraph{Tian'anmen Square}

is in the center of Beijing

\subparagraph{Chairman Mao}

is in the center of *广场。

\subsection{Hello 山东}

\paragraph{山东大学} is one of the best university in 山东。

\end{document}

1.1 插入数学公式

为了使用 AMS-LaTeX 提供的数学功能，我们需要在导言区加载 amsmath 宏包：

\usepackage{amsmath}

LaTeX 的数学模式有两种：行内模式 (inline) 和行间模式 (display)。前者在正文的行文中，插入数学公式；后者独立排列单独成行，并自动居中。

在行文中，使用 $ ... $ 可以插入行内公式，使用 \[ ... \] 可以插入行间公式，如果需要对行间公式进行编号，则可以使用 equation 环境：

\begin{equation}

...

\end{equation}

行内公式也可以使用 $...$ 或者 \begin{math} ... \end{math} 来插入，但略显麻烦。

无编号的行间公式也可以使用 \begin{displaymath} ... \end{displaymath} 或者 \begin{equation*} ... \end{equation*} 来插入，但略显麻烦。（equation* 中的 * 表示该环境下不编号）

也有 plainTeX 风格的 $$ ... $$ 来插入不编号的行间公式。但是在 LaTeX 中这样做会改变行文的默认行间距，不推荐。请参考LaTeX 中不带编号的行间公式为什么推荐用 \[ … \] 而不是 $$ … $$？的回答。

其他还有一些数学环境里的「要」和「不要」。

用 $ ... $ 而不用 \( ... \)；

用 align 环境而不用 eqnarray 环境；

用 matrix, bmatrix, pmatrix, vmatrix, Vmatrix 等环境而不用 array 环境去实现矩阵；

用 \bigl, \bigr 等命令来处理定界符，而尽可能避免 \left 和 \right。

1.2 上下标

示例代码（请保存后，使用 XeLaTeX 编译，查看效果）：

\documentclass{article}

\usepackage{amsmath}

\begin{document}

Einstein 's $E=mc^2$.

\[ E=mc^2. \]

\begin{equation}

E=mc^2.

\end{equation}

\begin{align}

E=mc^2.

\end{align}

\end{document}

在数学模式中，需要表示上标，可以使用 ^ 来实现（下标则是 _）。它默认只作用于之后的一个字符，如果想对连续的几个字符起作用，请将这些字符用花括号 {} 括起来，例如：

\[ z = r\cdot e^{2\pi i}. \]

展示如下：

\[z = r\cdot e^{2\pi i}.
\]

1.3 根式与分式

根式用 \sqrt{·} 来表示，分式用 \frac{·}{·} 来表示（第一个参数为分子，第二个为分母）。

示例代码（请保存后，使用 XeLaTeX 编译，查看效果）：

\documentclass{article}

\usepackage{amsmath}

\begin{document}

$\sqrt{x}$, $\frac{1}{2}$.

\[ \sqrt{x}, \]

\[ \frac{1}{2}. \]

\end{document}

效果：

$\sqrt{x}$, $\frac{1}{2}$,$\dfrac{1}{2}$

可以发现，在行间公式和行内公式中，分式的输出效果是有差异的。如果要强制行内模式的分式显示为行间模式的大小，可以使用 \dfrac, 反之可以使用 \tfrac。

在行内写分式，你可能会喜欢 xfrac 宏包提供的 \sfrac 命令的效果。

排版繁分式，你应该使用 \cfrac 命令。

1.4 运算符

一些小的运算符，可以在数学模式下直接输入；另一些需要用控制序列生成，如

\[ \pm\; \times \; \div\; \cdot\; \cap\; \cup\;

\geq\; \leq\; \neq\; \approx \; \equiv \]

连加、连乘、极限、积分等大型运算符分别用 \sum, \prod, \lim, \int生成。他们的上下标在行内公式中被压缩，以适应行高。我们可以用 \limits 和 \nolimits 来强制显式地指定是否压缩这些上下标。例如：

$ \sum_{i=1}^n i\quad \prod_{i=1}^n $

$ \sum\limits _{i=1}^n i\quad \prod\limits _{i=1}^n $

\[ \lim_{x\to0}x^2 \quad \int_a^b x^2 dx \]

\[ \lim\nolimits _{x\to0}x^2\quad \int\nolimits_a^b x^2 dx \]

显示如下：

$ \sum_{i=1}^n i\quad \prod_{i=1}^n i \sum\limits _{i=1}^n i \quad \prod\limits _{i=1}^n i$

\[\lim_{x\to0}x^2 \quad \int_a^b x^2 dx
\]

\[\lim\nolimits _{x\to0}x^2\quad \int\nolimits_a^b x^2 dx
\]

多重积分可以使用 \iint, \iiint, \iiiint, \idotsint 等命令输入。

\[ \iint\quad \iiint\quad \iiiint\quad \idotsint \]

展示如下：

\[\iint\quad \iiint\quad \iiiint\quad \idotsint
\]

1.5 定界符（括号等）

各种括号用 (), [], \{\}, \langle\rangle 等命令表示；注意花括号通常用来输入命令和环境的参数，所以在数学公式中它们前面要加 \。因为 LaTeX 中 | 和 \| 的应用过于随意，amsmath 宏包推荐用 \lvert\rvert 和 \lVert\rVert 取而代之。

| 的效果展示：

\[\lvert x \rvert$$ 和 $$\lVert x \rVert
\]

为了调整这些分隔符的大小，amsmath 宏包推荐使用 \big, \Big, \bigg, \Bigg 等一系列命令放在上述括号前面调整大小

\[ \Biggl(\biggl(\Bigl(\bigl((x)\bigr)\Bigr)\biggr)\Biggr) \]

\[ \Biggl[\biggl[\Bigl[\bigl[[x]\bigr]\Bigr]\biggr]\Biggr] \]

\[ \Biggl \{\biggl \{\Bigl \{\bigl \{\{x\}\bigr \}\Bigr \}\biggr \}\Biggr\} \]

\[ \Biggl\langle\biggl\langle\Bigl\langle\bigl\langle\langle x

\rangle\bigr\rangle\Bigr\rangle\biggr\rangle\Biggr\rangle \]

\[ \Biggl\lvert\biggl\lvert\Bigl\lvert\bigl\lvert\lvert x

\rvert\bigr\rvert\Bigr\rvert\biggr\rvert\Biggr\rvert \]

\[ \Biggl\lVert\biggl\lVert\Bigl\lVert\bigl\lVert\lVert x

\rVert\bigr\rVert\Bigr\rVert\biggr\rVert\Biggr\rVert \]

效果：

\[\Biggl(\biggl(\Bigl(\bigl((x)\bigr)\Bigr)\biggr)\Biggr)
\]

\[\Biggl[\biggl[\Bigl[\bigl[[x]\bigr]\Bigr]\biggr]\Biggr]
\]

\[\Biggl \{\biggl \{\Bigl \{\bigl \{\{x\}\bigr \}\Bigr \}\biggr \}\Biggr\}
\]

\[ \Biggl\langle\biggl\langle\Bigl\langle\bigl\langle\langle x
\rangle\bigr\rangle\Bigr\rangle\biggr\rangle\Biggr\rangle \]

\[ \Biggl\lvert\biggl\lvert\Bigl\lvert\bigl\lvert\lvert x
\rvert\bigr\rvert\Bigr\rvert\biggr\rvert\Biggr\rvert \]

\[ \Biggl\lVert\biggl\lVert\Bigl\lVert\bigl\lVert\lVert x
\rVert\bigr\rVert\Bigr\rVert\biggr\rVert\Biggr\rVert \]

1.6 省略号

省略号用 \dots, \cdots, \vdots, \ddots 等命令表示。\dots 和 \cdots 的纵向位置不同，前者一般用于有下标的序列。

\[ x_1,x_2,\dots ,x_n\quad 1,2,\cdots ,n\quad

\vdots\quad \ddots \]

\[ x_1,x_2,\dots ,x_n\quad 1,2,\cdots ,n\quad
\vdots\quad \ddots \]

1.7 矩阵

amsmath 的 pmatrix, bmatrix, Bmatrix, vmatrix, Vmatrix 等环境可以在矩阵两边加上各种分隔符。

\[ \begin{pmatrix} a&b\\c&d \end{pmatrix} \quad

\begin{bmatrix} a&b\\c&d \end{bmatrix} \quad

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

\begin{vmatrix} a&b\\c&d \end{vmatrix} \quad

\begin{Vmatrix} a&b\\c&d \end{Vmatrix} \]

\[ \begin{pmatrix} a&b\\c&d \end{pmatrix} \quad
\begin{bmatrix} a&b\\c&d \end{bmatrix} \quad
\begin{Bmatrix} a&b\\c&d \end{Bmatrix} \quad
\begin{vmatrix} a&b\\c&d \end{vmatrix} \quad
\begin{Vmatrix} a&b\\c&d \end{Vmatrix} \]

使用 smallmatrix 环境，可以生成行内公式的小矩阵。

Marry has a little matrix $ ( \begin{smallmatrix} a&b\\c&d \end{smallmatrix} ) $.

效果图：

Marry has a little matrix $ ( \begin{smallmatrix} a&b\c&d \end{smallmatrix} ) $.

1.8 多行公式

有的公式特别长，我们需要手动为他们换行；有几个公式是一组，我们需要将他们放在一起；还有些类似分段函数，我们需要给它加上一个左边的花括号。

长公式

不对齐

无须对齐的长公式可以使用 multline 环境。

\begin{multline}

x = a+b+c+{} \\

d+e+f+g

\end{multline}

\[\begin{multline}
x = a+b+c+{} \\
d+e+f+g
\end{multline}
\]

如果不需要编号，可以使用 multline* 环境代替。

\begin{multline}

x = a+b+c+{} \\

d+e+f+g

\end{multline}

\[\begin{multline*}
x = a+b+c+{} \\
d+e+f+g
\end{multline*}
\]

对齐

需要对齐的公式，可以使用 aligned 环境来实现，它必须包含在数学环境之内。

\[\begin{aligned}

x ={}& a+b+c+{} \\

&d+e+f+g

\end{aligned}\]

效果：

\[\begin{aligned}
x ={}& a+b+c+{} \\
&d+e+f+g
\end{aligned}\]

1.9 公式组

无需对齐的公式组可以使用 gather 环境，需要对齐的公式组可以使用 align 环境。他们都带有编号，如果不需要编号可以使用带星花的版本。

\begin{gather}

a = b+c+d \\

x = y+z

\end{gather}

\begin{align}

a &= b+c+d \\

x &= y+z

\end{align}

效果：

\begin{gather}

a = b+c+d \

x = y+z

\end{gather}

\begin{align}

a &= b+c+d \

x &= y+z

\end{align}

请注意，不要使用 eqnarray 环境。

分段函数

分段函数可以用 cases 环境来实现，它必须包含在数学环境之内。

\[ y=\begin{cases}

-x,\quad x\leq 0 \\

x,\quad x>0

\end{cases} \]

效果：

\[y=\begin{cases}
-x,\quad x\leq 0 \\
x,\quad x>0
\end{cases}
\]

插入图片和表格

图片

关于 LaTeX 插图，首先要说的是：「LaTeX 只支持 .eps 格式的图档」这个说法是错误的。

在 LaTeX 中插入图片，有很多种方式。最好用的应当属利用 graphicx 宏包提供的 \includegraphics 命令。比如你在你的 TeX 源文件同目录下，有名为 a.jpg 的图片，你可以用这样的方式将它插入到输出文档中：

\documentclass{article}

\usepackage{graphicx}

\begin{document}

\includegraphics{a.jpg}

\end{document}

图片可能很大，超过了输出文件的纸张大小，或者干脆就是你自己觉得输出的效果不爽。这时候你可以用 \includegraphics 控制序列的可选参数来控制。比如

\includegraphics[width = .8\textwidth]{a.jpg}

这样图片的宽度会被缩放至页面宽度的百分之八十，图片的总高度会按比例缩放。

\includegraphics 控制序列还有若干其他的可选参数可供使用，一般并用不到。感兴趣的话，可以去查看该宏包的文档。

表格

tabular 环境提供了最简单的表格功能。它用 \hline 命令表示横线，在列格式中用 | 表示竖线；用 & 来分列，用 \\ 来换行；每列可以采用居左、居中、居右等横向对齐方式，分别用 l、c、r 来表示。

\begin{tabular}{|l|c|r|}

 \hline

操作系统& 发行版& 编辑器\\

 \hline

Windows & MikTeX & TexMakerX \\

 \hline

Unix/Linux & teTeX & Kile \\

 \hline

Mac OS & MacTeX & TeXShop \\

 \hline

通用& TeX Live & TeXworks \\

 \hline

\end{tabular}

浮动体

插图和表格通常需要占据大块空间，所以在文字处理软件中我们经常需要调整他们的位置。figure 和 table 环境可以自动完成这样的任务；这种自动调整位置的环境称作浮动体(float)。我们以 figure 为例。

\begin{figure}[htbp]

\centering

\includegraphics{a.jpg}

\caption{有图有真相}

\label{fig:myphoto}

\end{figure}

htbp 选项用来指定插图的理想位置，这几个字母分别代表 here, top, bottom, float page，也就是就这里、页顶、页尾、浮动页(专门放浮动体的单独页面) 。\centering 用来使插图居中；\caption 命令设置插图标题，LaTeX 会自动给浮动体的标题加上编号。注意 \label 应该放在标题命令之后。

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