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# 公式对齐

## 引言

该 `amsmath` 该包提供了若干用于显示公式的选项。你可以选择更适合你文档的布局，即使公式非常长，或者你必须在同一行中包含多个公式。

标准的 LaTeX 公式工具可能缺乏一些灵活性，当公式太长时会导致重叠，甚至截掉公式的一部分。我们可以通过使用 `amsmath` 包，它可以通过使用添加到文档导言区 `\usepackage{amsmath}`.

让我们从一个基本示例开始：

```latex
\begin{equation} \label{eq1}
\begin{split}
A & = \frac{\pi r^2}{2} \\
 & = \frac{1}{2} \pi r^2
\end{split}
\end{equation}
```

[打开此 `amsmath` Overleaf 中的片段](https://www.overleaf.com/docs?engine=\&snip_name=amsmath+example\&snip=%5Cdocumentclass%7Barticle%7D%0A%5Cusepackage%7Bamsmath%7D%0A%5Ctitle%7BAmsmath+example%7D%0A%5Cauthor%7BOverleaf%7D%0A%5Cdate%7BMay+2021%7D%0A%5Cbegin%7Bdocument%7D%0A%5Cmaketitle%0A%5Csection%7BIntroduction%7D%0A%5Cbegin%7Bequation%7D+%5Clabel%7Beq1%7D%0A%5Cbegin%7Bsplit%7D%0AA+%26+%3D+%5Cfrac%7B%5Cpi+r%5E2%7D%7B2%7D+%5C%5C%0A+%26+%3D+%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D+%5Cpi+r%5E2%0A%5Cend%7Bsplit%7D%0A%5Cend%7Bequation%7D%0A%5Cend%7Bdocument%7D)

下图展示了 LaTeX 代码生成的输出：

![Amsmath-eqn1.png](/files/7f5d9a9a59161a0042b0c1955edef9d23077f7ea)

你必须将公式包裹在 `equation` 环境中，如果你希望它带编号，请使用 `equation*` （带星号），否则使用。在 `equation` 环境中，使用 `split` 环境将公式拆分为更小的部分，这些更小的部分会相应对齐。双反斜杠充当换行符。使用与号 `&`来设置公式垂直对齐的位置。

## 书写单个公式

如引言所述，要显示单个公式，你必须使用 `equation*` 或 `equation` 环境，这取决于你是否希望公式带编号。此外，你还可以为文档中的后续引用添加标签。

```latex
\begin{equation} \label{eu_eqn}
e^{\pi i} + 1 = 0
\end{equation}

漂亮的公式 \ref{eu_eqn} 被称为欧拉公式。
```

[打开此 `amsmath` Overleaf 中的片段](https://www.overleaf.com/docs?engine=\&snip_name=amsmath+example\&snip=%5Cdocumentclass%7Barticle%7D%0A%5Cusepackage%7Bamsmath%7D%0A%5Ctitle%7BAmsmath+example%7D%0A%5Cauthor%7BOverleaf%7D%0A%5Cdate%7BMay+2021%7D%0A%5Cbegin%7Bdocument%7D%0A%25%5Cmaketitle%0A%25%5Csection%7BIntroduction%7D%0A%5Cbegin%7Bequation%7D+%5Clabel%7Beu_eqn%7D%0Ae%5E%7B%5Cpi+i%7D+%2B+1+%3D+0%0A%5Cend%7Bequation%7D%0A%0AThe+beautiful+equation+%5Cref%7Beu_eqn%7D+is+known+as+the+Euler+equation.%0A%5Cend%7Bdocument%7D)

下图展示了 LaTeX 代码生成的输出：

![Neweuler1.png](/files/a636eb6c9c4ef79b6d8a98ab1c0cc89729be8eef)

你也可以 [打开一个更完整的 `amsmath` 包在 Overleaf 中的示例。](https://www.overleaf.com/project/new/template/19716?id=66719097\&templateName=Amsmath+example\&latexEngine=pdflatex\&texImage=texlive-full%3A2020.1\&mainFile=)

## 显示长公式

对于超过一行的公式，请使用 `multline` 环境。插入双反斜杠以设置公式断开的地方。第一部分将左对齐，第二部分将在下一行显示并右对齐。

同样，在环境名称中使用星号 \* 可决定公式是否编号。

```latex
\begin{multline*}
p(x) = 3x^6 + 14x^5y + 590x^4y^2 + 19x^3y^3\\
- 12x^2y^4 - 12xy^5 + 2y^6 - a^3b^3
\end{multline*}
```

[打开这个多行公式 `amsmath` Overleaf 中的片段](https://www.overleaf.com/docs?engine=\&snip_name=amsmath+example\&snip=%5Cdocumentclass%7Barticle%7D%0A%5Cusepackage%7Bamsmath%7D%0A%5Ctitle%7BAmsmath+example%7D%0A%5Cauthor%7BOverleaf%7D%0A%5Cdate%7BMay+2021%7D%0A%5Cbegin%7Bdocument%7D%0A%5Cmaketitle%0A%5Csection%7BIntroduction%7D%0A%5Cbegin%7Bmultline%2A%7D%0Ap%28x%29+%3D+3x%5E6+%2B+14x%5E5y+%2B+590x%5E4y%5E2+%2B+19x%5E3y%5E3%5C%5C+%0A-+12x%5E2y%5E4+-+12xy%5E5+%2B+2y%5E6+-+a%5E3b%5E3%0A%5Cend%7Bmultline%2A%7D%0A%5Cend%7Bdocument%7D)

下图展示了 LaTeX 代码生成的输出：

![Amsmath-eqn3.png](/files/b4866ada4ac89925aa29fb0f29cccd23074f3766)

你也可以 [打开一个更完整的 `amsmath` 包在 Overleaf 中的示例。](https://www.overleaf.com/project/new/template/19716?id=66719097\&templateName=Amsmath+example\&latexEngine=pdflatex\&texImage=texlive-full%3A2020.1\&mainFile=)

## 拆分并对齐公式

*拆分* 非常类似于 *multline*。使用 *split* 环境来拆分公式并按列对齐，就像公式的各个部分位于表格中一样。这个环境必须在一个 *equation* 环境中使用。有关示例，请查看本文档的引言。

## 对齐多个公式

如果有多个需要垂直对齐的公式， *align* 环境就能做到：

```latex
\begin{align*}
2x - 5y &=  8 \\
3x + 9y &=  -12
\end{align*}
```

[打开此 `amsmath` Overleaf 中的片段](https://www.overleaf.com/docs?engine=\&snip_name=amsmath+example\&snip=%5Cdocumentclass%7Barticle%7D%0A%5Cusepackage%7Bamsmath%7D%0A%5Ctitle%7BAmsmath+example%7D%0A%5Cauthor%7BOverleaf%7D%0A%5Cdate%7BMay+2021%7D%0A%5Cbegin%7Bdocument%7D%0A%5Cmaketitle%0A%5Csection%7BIntroduction%7D%0A%5Cbegin%7Balign%2A%7D+%0A2x+-+5y+%26%3D++8+%5C%5C+%0A3x+%2B+9y+%26%3D++-12%0A%5Cend%7Balign%2A%7D%0A%5Cend%7Bdocument%7D)

下图展示了 LaTeX 代码生成的输出：

![Amsmatheqn4OLV2.png](/files/f4e206e87ed5cd91c06a316c1bcdea64db291065)

通常二元运算符（`>`, `<` 和 `=`）是那些为了使文档更美观而需要对齐的部分。

如前所述，与号 `&` 决定公式在何处对齐。让我们看一个更复杂的例子：

```latex
\begin{align*}
x&=y           &  w &=z              &  a&=b+c\\
2x&=-y         &  3w&=\frac{1}{2}z   &  a&=b\\
-4 + 5x&=2+y   &  w+2&=-1+w          &  ab&=cb
\end{align*}
```

[打开此 `amsmath` Overleaf 中的片段](https://www.overleaf.com/docs?engine=\&snip_name=amsmath+example\&snip=%5Cdocumentclass%7Barticle%7D%0A%5Cusepackage%7Bamsmath%7D%0A%5Ctitle%7BAmsmath+example%7D%0A%5Cauthor%7BOverleaf%7D%0A%5Cdate%7BMay+2021%7D%0A%5Cbegin%7Bdocument%7D%0A%5Cmaketitle%0A%5Csection%7BIntroduction%7D%0A%5Cbegin%7Balign%2A%7D%0Ax%26%3Dy+++++++++++%26++w+%26%3Dz++++++++++++++%26++a%26%3Db%2Bc%5C%5C%0A2x%26%3D-y+++++++++%26++3w%26%3D%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7Dz+++%26++a%26%3Db%5C%5C%0A-4+%2B+5x%26%3D2%2By+++%26++w%2B2%26%3D-1%2Bw++++++++++%26++ab%26%3Dcb%0A%5Cend%7Balign%2A%7D%0A%5Cend%7Bdocument%7D)

下图展示了 LaTeX 代码生成的输出：

![Amsmath-eqn6OLV2.png](/files/962d0c690fd723fd87b9f6fff47b44196c80acf9)

在这里，我们将公式排列成三列。LaTeX 假定每个公式由两个部分组成，这两个部分之间由一个 `&` 分隔，而且每个公式都与前一个公式之间由一个 `&`.

再次强调，使用 \* 可切换公式编号。允许编号时，你可以分别为每一行添加标签。

## 分组并居中公式

如果你只是想显示一组连续公式，使其居中且完全不对齐，请使用 `gather` 环境。设置/取消公式编号的星号技巧在这里同样适用。

```latex
\begin{gather*}
2x - 5y =  8 \\
3x^2 + 9y =  3a + c
\end{gather*}
```

[打开此 `amsmath` Overleaf 中的片段](https://www.overleaf.com/docs?engine=\&snip_name=amsmath+example\&snip=%5Cdocumentclass%7Barticle%7D%0A%5Cusepackage%7Bamsmath%7D%0A%5Ctitle%7BAmsmath+example%7D%0A%5Cauthor%7BOverleaf%7D%0A%5Cdate%7BMay+2021%7D%0A%5Cbegin%7Bdocument%7D%0A%5Cmaketitle%0A%5Csection%7BIntroduction%7D%0A%5Cbegin%7Bgather%2A%7D+%0A2x+-+5y+%3D++8+%5C%5C+%0A3x%5E2+%2B+9y+%3D++3a+%2B+c%0A%5Cend%7Bgather%2A%7D%0A%5Cend%7Bdocument%7D)

下图展示了 LaTeX 代码生成的输出：

![Amsmath-eqn5.png](/files/75d81661f13056050166f3c26eff1e481ae63146)

## 进一步阅读

更多信息请参见

* [数学表达式](/latex/zh-cn/shu-xue/01-mathematical-expressions.md)
* [方括号和圆括号](/latex/zh-cn/shu-xue/03-brackets-and-parentheses.md)
* [下标和上标](/latex/zh-cn/shu-xue/02-subscripts-and-superscripts.md)
* [数学模式中的间距](/latex/zh-cn/shu-xue/08-spacing-in-math-mode.md)
* [数学模式中的显示样式](/latex/zh-cn/shu-xue/10-display-style-in-math-mode.md)
* [数学字体](/latex/zh-cn/shu-xue/12-mathematical-fonts.md)
* [希腊字母和数学符号列表](/latex/zh-cn/shu-xue/11-list-of-greek-letters-and-math-symbols.md)
* [运算符](/latex/zh-cn/shu-xue/07-operators.md)
* [分数和二项式](/latex/zh-cn/shu-xue/05-fractions-and-binomials.md)
* [amsmath 宏包文档](http://mirrors.ctan.org/macros/latex/required/amsmath/amsmath.pdf)


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