LaTeX入门第一课

学习LaTeX的目的

明确学习的目的才能确定正确的学习方法，至于我学习LaTeX的目的，为的是摆脱写论文时对MS Word的依赖。那么word犯了什么错呢？对我来说，其罪有三：

• 对macOS平台支持不够好，大文件时有卡顿现象出现；
• 投稿时，系统生成的PDF有可能与本地word文件中不一致（尤其是公式），且找不到原因；
• 排版复杂，公式难看；

对于第一个问题，也不能责怪微软，毕竟Windows平台是亲儿子，win版本office的开发自然是尽心尽力，至于macOS版本，虽然大有进步，但在排版复杂文档时的稳定性和流畅性仍然捉襟见肘。
如果使用LaTeX作为论文写作工具，不仅能够排除格式突变、排版复杂、公式难看的问题，还能将macOS的劣势转化为优势，毕竟macOS上精美的latex编辑器不是其他平台可以比拟的，这里推荐两款LaTeX编辑器：

MacOS用户强烈推荐：Texpad。这是一款原生的Mac app，性能强劲、界面美观；
Windows平台用户推荐：TeXStudio，这个我并没有亲身体验，网上的口碑非常好。

Texpad软件是伦敦帝国理工的两位博士生在写毕业论文时设计的，可以到官网下载试用版，考虑到是一款生产力软件，价格相对公道，有能力的同学可以入一下正版。
TexStudio如果我没记错的话，应该是开源软件，可以免费使用。

you PC guys always get things for free huh?
当然，TexStudio是全平台的，Mac用户一样可以使用，只是不如texpad好看罢了（颜狗暴露无遗）

废话不多说，直接进入正题学习。

第一课学习笔记

由于是完全实用性的学习，我并不希望系统的去了解latex的细枝末节，因此选择了万门大学的《LaTeX精准入门》。这门课是两年前从票圈搞到的免费课哈哈，我看了看，确实适合新手快速上手，完全是奔着实用去的。
由于这门课并不系统，因此下面的笔记也不会非常系统，而是一种字典式的学习。我们写文章需要什么知识，就去了解什么知识。这样也许会更加高效。

LaTeX中插入公式

要插入独立公式 ，并编号，则在编辑器中输入：

\begin{align}
\sqrt{\frac{a^2+b^2}{c+d}} %替换为自己所需的公式
\end{align}

如果不想要公式编号怎么办?

如果只想要独立公式，而不想要编号的话，在公式后面加上\nonumber，很形象.

想要让n个公式上下对齐？

align还有一个功能就是对齐公式，如果你有多个公式的话，那么可以在\begin{align}和\end{align}之间的代码块中，分行输入公式，并且将公式中加入&这个字符，那么各行将按照&所在的位置进行对齐。
比如我想要上面那个公式和 分列两行，并且左端对齐，那么就这样写：

\begin{align}
&\sqrt{\frac{a^2+b^2}{c+d}}\nonumber \\
&\cos^2{\theta}+\sin^2{\theta}=1
\end{align}

对了，公式后面的\\是换行的意思，如果不加入的话，两个公式会排成一行。
上面公式在texpad中编译的效果如下：

可以看到，第一个公式后面由于加了\nonumber因此并没有被编号。

如果想要公式都居中对齐怎么办？

居中对齐就不用align了，而是用另一个公式命令gather

\begin{gather}
\sqrt{\frac{a^2+b^2}{c+d}}\nonumber \\
\cos^2{\theta}+\sin^2{\theta}=1
\end{gather}

效果如下图：

使用gather后公式全部居中对齐

上标、下标怎么写？

如果上标只有一个字母或者数字的话，比如x的平方，就直接用x^2来表示；
如果有多个字符的话，上标就要用花括号{和}括起来，比如x的a+b次方，要用x^{a+b}来表示；
下表只是把^替换成_而已，其他的与上标一致；

行内公式如何插入？

上面所讲的都是行间公式的表示方法， 那么如果在行内需要写公式，如何表示呢？只需要在文章中要写公式的地方按照上面所述的规则写下公式，并在两旁加上$符号即可！比如，我在文章中说，

the normalization has been made by the electron thermal velocity

那么就用latex表示为：

the normalization has been made by the electron thermal velocity $\sqrt{\frac{k_BT_e}{m_e}}$

两个$之间就按照上述的规则去写公式，编译出来的效果如下

公式的引用

在写文章的时候经常要引用公式，比如”将公式1带入公式2”，如何来引用公式呢？
Latex可以自动实现公式的编号和引用，你所要做的，就是给公式加上标签（label）
我们需要在公式的begin{align}后面加上一个\label{your_label}，就可以将公式标记为“your label"，然后当我们要在文章中提到这个公式时，就直接用\ref{your_label}，就可以在这里插入该公式的编号了，比如：

\begin{align}\label{newton_second_law}
    F=ma
\end{align}\\
if we consider Eq.\ref{newton_second_law} in our situation.\\

这个行间公式并没有加\nonumber，因此它肯定是被编号的，并且被做了个label，叫做”newton_second_law",编译我们看到结果：

Bingo! 用\label{}和\ref{}就实现了简单的公式自动引用，而且还能随心所欲的给你的公式起名字，不知道比word里面不明所以的域代码和mathtype的双击引用高到哪里去了（蛤蛤）

并列的公式如何插入？

使用array功能，其实并列的公式是插入了一个array，用\begin{array}和\end{array}括起来，
比方说要实现下面的公式，

公式的右边就要使用array，这是一个两列的array，因此array后面要加上两个系数：
begin{array}{cl}
其中的c和l就是系数，c代表居中对齐，l代表左对齐。

\begin{align}
x=
\Bigg\{
\begin{array}{cl}
\frac{-b\pm\sqrt{b^2-4ac}}{2a},&\sqrt{b^2-4ac}\geq 0\\
no~real~root,&\sqrt{b^2-4ac}<0
\end{array}
\end{align}

编译后效果如下

其中左侧的x根的两种表达式是一列，右边的两个不等式是一列，一共两列。
在公式中两列用&连接

特殊字体：花体或者手写体

在字母外面套上mathcal{}即可，比如M的手写体就是
在某些数学公式中常用。

求和符号

求和符号，可不是用\sigma打出来的，而是用\sum打出来的，并且可以用_和^加入上标和下标，比如输入\sum_{i=1}^{10}x_i^2得到的结果是：