LaTeX: Formeln richtig setzen mit amsmath

Wenn man eine wissenschaftliche Arbeit mit LaTeX schreibt, kann man recht viele verschiedene Sachen mit den auftretenden Formeln machen. Wie man sie richtig setzt, also in welcher Umgebung möchte ich hier in einer Übersicht aufzeigen. Die Syntax für einzelne Formeln erkläre ich hier jedoch nicht, dazu gibt es aber eine sehr übersichtliche Seite in der Wikipedia-Hilfe.

Wichtig ist, dass ich hier das Paket amsmath benutze, das man in der Präambel aktivieren muss. Dazu fügt man lediglich folgende Zeile in die Präambel hinzu:

\usepackage{amsmath}

Sonst sind keine weiteren Pakete notwendig, da der Rest nativ von LaTeX unterstützt wird.

Einzelne Formel setzen

Am häufigsten setzt man einzelne Formeln.

Mit Nummerierung

latex_formel_alleine_nummer

\begin{equation}
Ra = \frac{\alpha g L^3 \Delta T}{\kappa \lambda}
\end{equation}

Ohne Nummerierung

latex_formel_alleine_ohnenummer

\begin{equation*}
Nu = \frac{\alpha \cdot L}{\lambda_l}
\end{equation*}

Über mehrere Zeilen

latex_formel_alleine_mehrzeilig

\begin{align}
\begin{split}T(z) &= B_1 \sinh (kz) + B_2 \cosh (kz) + B_3 z \sinh (kz)  + B_4 z \cosh (kz) \\
 & \quad + B_5 z^2 \sinh (kz)  + B_6 z^2 \cosh (kz) 
 \end{split} \label{eq:t_sinh}
\end{align}

Im Fließtext

latex_formel_fliesstext

Mit der Wellenzahl \(k^2 = k_x^2 + k_y^2\), der komplexwertigen Anfachungsrate \(s\) und 
\(D = \frac{\partial}{\partial z}\) ergibt sich dann aus den Navier-Stokes-Gleichungen 
zusammen mit der Kontinuitätsgleichung:

Jetzt könnte man kommentieren mit

Also ich mache das mit $ Formel $ und das hat schon immer funktioniert…

Das kann schon sein, aber das sollte man lieber vermeiden. Am besten verlinke ich hier auf eine gute Quelle, die die Problematik vom $  erklärt.

Alternative für einzelne abgesetzte Formel

Mit der Umgebung displaymath kann man ebenfalls eine Formel abgesetzt darstellen. Hierfür gibt es drei mögliche Schreibweisen, wobei zwei davon zu bevorzugen sind.

latex_formel_displaymath

\begin{displaymath}
p(h) = p_0 - \rho g h
\end{displaymath}

%% Alternative Schreibweise

\[
p(h) = p_0 - \rho g h
\]

Wie schon im vorherigen Absatz ist die Schreibweise mit dem doppelten Dollarzeichen $$ … $$  zu vermeiden.

Mehrere Formeln setzen

Untereinander

latex_formel_mehrere_unterneinander

\begin{align}
	u &= \bar{u} + \epsilon \cdot u_1 \\
	v &= \bar{v} + \epsilon \cdot v_1 \\
	w &= \bar{w} + \epsilon \cdot w_1 
\end{align}

Nebeneinander

latex_formel_mehrere_nebeneinander

\begin{align}
W(0) &= 0 & DW(0) &= 0 & T(0) &= 0 \\
W(1) &= 0 & DT(1) &= 0  &&\\
D^2W &= - k^2 Ma T & Bi \cdot T &= -DT
\end{align}

Mit Text daneben und darunter

latex_formel_mehrere_nebeneinander_text

\begin{align}
\text{Navier-Stokes Gleichung:} &&
\frac{\partial \vec{u}}{\partial t} + ( \vec{u} \vec{\nabla} ) \vec{u} &= - 
\frac{1}{\rho} \vec{\nabla} p + \nu \Delta \vec{u} \label{eq:gg1}&\\
\text{Kontinuitätsgleichung:} &&
\vec{\nabla}\vec{u}&=0&\\
\text{Wärmetransportgleichung:} &&
\frac{\partial T}{\partial t} + ( \vec{u} \vec{\nabla} ) T &= \kappa \Delta T \label{eq:gg3} %\\
%%%%% RANDBEDINGUNGEN %%%%%
\intertext{\rule{0.3\textwidth}{0.4pt}}
\text{Hydrodynamische Randbedingung:} && \vec{u}(z=0)&=0 &
T(z=0) &= T_{0} \label{eq:hyrdodyn_rb2}\\ 
\text{Thermische Randbedingung:}  &&
 - \lambda \frac{\partial T}{ \partial z} &= \alpha ( T - T_{\infty} ) \mid _{z=H}  \label{eq:therm_rb}&\\
\text{Marangoni Randbedingung:} &&
-\sigma_{0} \gamma \frac{\partial T}{\partial x} &= \mu \frac{\partial u}{\partial z} \mid _{z=H}  &&\\
&&-\sigma_{0} \gamma \frac{\partial T}{\partial y} &= \mu \frac{\partial v}{\partial z} \mid _{z=H}  \label{eq:marangoni_rb2}
\end{align}

An diesem Beispiel zeige ich auch gleich noch eine zweite Eigenschaft: Obwohl diese Formeln zusammen in einer Umgebung sind, kann man jede Formel einzeln labeln. Jede dieser Formeln können also individuell referenziert werden!!

Mit umschließender Klammer

latex_formel_mehrere_umschweift

\begin{equation*}
	\left.\begin{aligned}
	u &= \bar{u} + \epsilon \cdot u_1 \\
	v &= \bar{v} + \epsilon \cdot v_1 \\
	w &= \bar{w} + \epsilon \cdot w_1 
	\end{aligned}
	\right\}
\quad \text{Geschwindigkeiten}
\end{equation*}

\begin{equation*}
 \text{Temperatur und Druck}\qquad	
 \left\{
 \begin{aligned}
	p &= \bar{p} + \epsilon \cdot p_1 \\
	T &= \bar{T} + \epsilon \cdot T_1 
	\end{aligned}
	\right.
\end{equation*}

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