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『数式組版』を組む技術:ディスプレイ数式(1)

本稿において,“本書”とは木枝祐介著『数式組版』ラムダノート(2018)のことである.
>>> https://www.lambdanote.com/collections/mathtypo
また,本書はLuaLaTeXを用いて組まれた.したがって本稿ではLuaLaTeXの使用を前提としている.
本書が組まれた当時はTeX Live 2017が用いられたが,多くのコードはそれより後のTeX Live 2019まで共通して使用可能である.
本稿では,バージョンに強く依存する場合を除いて,各バージョンは明記されないことがある.

揃え

よくしられたように,LaTeXにおいて複数行からなるディスプレイ数式の記述は`eqnarray`環境によって実現するのが基本である.
つぎのコードは数式番号を出力しないように記述した例である(以降の例も同様に数式番号を出力しないものである).

\begin{eqnarray*}
f(x) &=& ax^8 - bx^6 + cx^4\\
&& - dx^2 + e
\end{eqnarray*}

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この出力は組版上の不備があるだけでなく,数学的にも不備のある出力になってしまっている.
これを補正する.
なお,なぜこの出力を不備とするのかの詳細は本書を参照のこと.

◆`eqnarray`の問題点
`eqnarray`は`latex.ltx`で定義されている.
よくしられたように,`eqnarray`には問題がある.
その問題のある点は次の箇所である.

\def\eqnarray{%
...
     &\global\@eqcnt\@ne\hskip \tw@\arraycolsep \hfil${##}$\hfil
     &\global\@eqcnt\tw@ \hskip \tw@\arraycolsep
        $\displaystyle{##}$\hfil\tabskip\@centering
...
}

`\hskip \tw@\arraycolsep`と`${##}$`とである.
くわしい挙動はここでは記さないが,この`\arraycolsep`の2倍というスペースが`&`/`&`で挟まれた,上の例でいえば等号(=)の両脇に入っている.
これを補正する必要がある.
つぎは局所的に`\arraycolsep`を0ptにした例である.

\begingroup
\arraycolsep0pt
\begin{eqnarray*}
f(x) &{}={}& ax^8 - bx^6 + cx^4\\
&& - dx^2 + e
\end{eqnarray*}
\endgroup

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しかし,この出力状態でもまだ不備がある.
これも次のように局所的に対処することができる.

\begingroup
\arraycolsep0pt
\begin{eqnarray*}
f(x) &{}={}& ax^8 - bx^6 + cx^4\\
&& {}- dx^2 + e
\end{eqnarray*}
\endgroup

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違いは,第2行目のマイナスの直前に`{}`を挿入している点である.
この操作は通常記号アトムを挿入していることに等しい.

なお,実際の運用時に毎回局所的に操作するわけではなく,`eqnarray`環境を適当に再定義してやることで対処するのが合理的である.

◆`amsmath`パッケージの利用
`amsmath`パッケージを利用する場合も安易な記述では不適当な出力となってしまう.

\begin{align*}
f(x) &= ax^8 - bx^6 + cx^4\\
& - dx^2 + e
\end{align*}

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この不備のある出力を補正する.
「`&`の位置で揃えが行われる」これは事実で間違いなのであるが,単に等号(=)の後ろに記述しただけでは,つぎのようにまだ不備のある出力となってしまう.

\begin{align*}
f(x) =& ax^8 - bx^6 + cx^4\\
& - dx^2 + e
\end{align*}

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等号の大きさだけ不足していることを鑑み,つぎのようにしても適当な出力は得られない.

\begin{align*}
f(x) & = ax^8 - bx^6 + cx^4\\
& \hphantom{=} - dx^2 + e
\end{align*}

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不足していたのは,等号まわりのアトム関係の処理である.
これを補いつぎのようにすることによって,ようやく適当な出力を得ることができる.

\begin{align*}
f(x) & = ax^8 - bx^6 + cx^4\\
& \hphantom{{}={}} - dx^2 + e
\end{align*}

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:`amsmath`パッケージの提供する`align`環境は,かつて`eqnarray`のときと同様にさらに`{}`による処理が必要であったが,現在は`{}`による処理は不要となっている.

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