数学模式 · 行内与行间 · LaTeX 完全上手指南

所有数学公式都得先进入「数学模式」。行内用 $...$，行间用 $$...$$；数学模式里空格被忽略、字母默认斜体、文字要用 \text 包起来。搞清楚这几条，才不会一上来就踩坑。

数学模式 · 行内与行间

在 LaTeX 里，普通文字和数学公式是两个世界。你不能直接写 x^2——得先告诉 LaTeX「接下来这段是数学」，让它切进数学模式(math mode)。这一章讲怎么进入数学模式、两种模式的区别，以及数学模式里那几条和平时写字不一样的规矩。

数学模式分两种，区别是公式排在哪、多大：

对照着看最清楚。同一个求和，写成行内是 $\sum_{i=1}^{n} i$ ，效果 $\sum_{i=1}^{n} i$ ，上下标挤在符号右边；写成行间：

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

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

上下限跑到了求和符号的正上方和正下方，符号本身也更大。这不是两个命令的区别，而是同一个命令在两种模式下的不同排法——行内讲究紧凑不撑高行距，行间讲究清晰舒展。

本站（以及大多数 Markdown/MDX 环境）就用 $...$ 和 $$...$$ 这两种。 你可能还会在别处见到这些等价写法，认识即可：

模式	常见写法
行内	$...$ 、`$...$`、`\begin{math}...\end{math}`
行间	`$$...$$`、`\[...\]`、`\begin{equation}...\end{equation}`（带编号）

在完整的 LaTeX 文档里，更推荐 $...$ 和 \[...\]（它们更「健壮」，出错时报错更清楚）；而 $ 因为好打，在 Markdown 世界里成了事实标准。equation 环境会自动给公式编号，写论文常用。

进了数学模式，有三件事和写普通文字不一样，新手十有八九栽在这里：

数学模式里，你敲多少个空格都没用——LaTeX 按数学逻辑自动排间距。a+b 和 a + b 渲染完全一样： $a + b$ 。所以别指望用空格调整公式疏密；真要调，得用专门的间距命令（见数学间距）。

数学模式里的拉丁字母，默认按「变量」处理，渲染成斜体：x、y、f 出来是 $x$ 、 $y$ 、 $f$ 。这是数学排版的惯例——变量斜体，是为了和正文的正体字区分开。所以 xy 是「x 乘 y」两个变量( $xy$ )，不是单词「xy」。

正因为上一条，你要在公式里插一段普通文字（比如给条件加个说明），不能直接写，否则每个字母都被当成变量连乘。要用 \text{...} 把文字包起来：

$$ f(x) = x^2 \quad \text{当 } x > 0 \text{ 时} $$

$f(x) = x^2 \quad \text{当 } x > 0 \text{ 时}$

对比一下，如果不用 \text，直接写 当 x > 0 时，那几个汉字会被硬塞进数学排版里，间距全乱。记住：公式里的自然语言，一律 \text 包起来。

别把中文直接裸写进 $...$ 。 数学模式是给数学符号用的，直接塞中文轻则间距怪异，重则渲染报错。中文说明要么写在公式外面（公式归公式、文字归文字），要么用 \text{中文} 包进去。这是中文用户写 LaTeX 最高频的坑之一。

把上面几条串起来，一段「文字 + 行内公式 + 行间公式」的自然写法是这样的：

设 $f(x) = x^2$,它的导数是 $f'(x) = 2x$。于是有:

$$ \int_0^1 f(x)\, \mathrm{d}x = \frac{1}{3} $$

渲染出来，行内的 $f(x) = x^2$ 和 $f'(x) = 2x$ 贴着文字走，而那个积分 $\int_0^1 f(x)\, \mathrm{d}x = \frac{1}{3}$ 单独居中成一行。文字用中文正常写、公式用 $ 包住——井水不犯河水，这就是数学写作最舒服的姿势。

数学公式的第一步，是分清「文字世界」和「数学世界」：$ 进入行内、$$ 进入行间；进去之后，空格失效、字母斜体、文字要 \text。这三条潜规则，是后面一切的地基。

地基之上，最先要盖的一块砖是上标和下标—— $x^2$ 、 $a_i$ 、 $\sum_{i=1}^n$ 这些，几乎每个公式都离不开它。下一章我们把这个看似简单、实则处处是坑的基本功讲透。👉 上标与下标：公式的地基。

[1] Overleaf.「Mathematical expressions.」https://www.overleaf.com/learn/latex/Mathematical_expressions —— 数学模式与公式入门。
[2] Overleaf.「Learn LaTeX in 30 minutes.」https://www.overleaf.com/learn/latex/Learn_LaTeX_in_30_minutes —— LaTeX 总体入门。
[3] KaTeX.「Supported Functions / Support Table.」https://katex.org/docs/supported.html —— 本站渲染所依据的命令支持范围。