Многострочные выключные формулы
Программа TeX никогда не делает автоматических переносов в выключных формулах, поэтому, если ваша формула не умещается в строку, необходимо разбить ее на отдельные строки самостоятельно. Первое, что приходит в голову начинающим, — это оформить каждую из этих строк как отдельную выключную формулу с помощью $$...$$ и записать эти выключные формулы подряд. При этом расстояние по вертикали между двумя строками получается слишком большим, так что на глаз они не воспринимаются как части одной формулы. В этом разделе мы описываем, как грамотно организовать такое разбиение.
Как и в случае с матрицами, наиболее удобные (и рекомендуемые нами) средства открываются, если подключить пакет amsmath; с их описания мы и начнем, а в конце опишем скромные средства набора многострочных формул, доступные без подключения дополнительных пакетов.
Итак, пусть вы подключили amsmath. Тогда самое простое средство для набора многострочных выключных формул — это окружение multline:
 | \begin{multline} 1+2+3+4+\ldots\\ +46+47+48+\ldots\\ +99+100=5050 \end{multline} |
Первая из строк печатается выключенной влево, последняя — выключенной вправо, остальные строки центрируются. Подобно окружению equation, окружение multline не должно быть заключено в знаки "$$". Как вы могли заметить, формула, оформленная в виде окружения multline, автоматически нумеруется. Чтобы этой нумерации не было, надо воспользоваться "вариантом со звездочкой" — окружением multline*.
На самом деле первая и последняя строки печатаются не вплотную к полям, а с отступом, равным \multlinegap. Значение этого параметра можно изменить обычным образом, написав в преамбуле что-нибудь вроде
\multlinegap=.5inЧтобы какая-то из средних строк была не центрирована, а выключена влево, надо воспользоваться командой \shoveleft, написав, скажем,
\shoveleft{+46+47+48+\ldots}\\вместо "+46+47+48+\ldots\\". Для выключки вправо аналогичным образом используется команда \shoveright.
Когда несколько выключных формул идут подряд, можно не оформлять каждую из них с помощью "$$" или окружения equation, но воспользоваться окружением gather:
 | \begin{gather} 2\times 2=4\\ 9\times 9=81 \end{gather} |
p> При использовании gather формулы также не должны быть заключены в символы "$$". Каждая из формул, собранных в gather, автоматически нумеруется. Чтобы на пронумерованную таким образом формулу можно было сослаться (а иначе зачем нумеровать?), надо ее пометить, поставив перед |\\| команду \label.
Если какую-то из них нумеровать не надо, следует поставить непосредственно перед "\\" команду \notag. Если вы не хотите нумеровать ни одну из формул, можно воспользоваться "вариантом со звездочкой" — окружением gather* .
При разбиении выключной формулы на части нередко бывает желательно расположить строки одна под другой так, чтобы они были определенным образом выровнены. Для достижения такого эффекта удобно воспользоваться окружением split:
 | \begin{equation} \begin{split} 1999&=1000+900+{}\\ &+90+9 \end{split} \end{equation} |
Формулы, разбитые на части с помощью split , можно использовать также внутри окружений gather или align (о последнем речь пойдет ниже), со звездочками или без.
Нередко возникает необходимость напечатать один или несколько выровненных столбцов формул. Для этих целей предназначено окружение align:
 | \begin{align} 7\times 9& =63 & 63:9& =7\\ 9\times 10& =90 & 90:10& =9 \end{align} |
По-прежнему не нужны знаки "$$", каждая строка уравнений автоматически получает номер, который можно подавить, написав \notag перед "\\", и по-прежнему есть вариант со звездочкой align* , который формулы не нумерует.
При грамотном применении окружения align в строке должно стоять нечетное число знаков "&". Именно, если у нас
Полезное применение align возникает, когда идущие подряд выключные формулы содержат текстовые комментарии. Желательно, чтобы эти комментарии были выровнены. Вот как можно этого добиться с помощью align:
 | \begin{align*} 3\cdot 5+7\cdot 5&=(3+7) \cdot5 &&\text{(ясно)}\\ &=50&&\text{(очевидно)} \end{align*} |
Не всегда удобно включать комментарии к выкладкам прямо в формулы. Иногда хочется, чтобы какой-то из комментариев шел в отдельной строке. Команда \intertext позволяет сделать это так, чтобы выравнивание не нарушилось:
 | \begin{align*} 3\cdot 5+7\cdot 5&=(3+7) \cdot5 &&\text{(ясно)}\\ &=50&&\text{(очевидно),}\\ \intertext{откуда} 15+35 &=50 \end{align*} |
 | $$ \left\{ \begin{aligned} x^2+y^2&=7\\ x+y & = 3.\\ \end{aligned} \right. $$ |
Наконец, еще один тип многострочных выключных формул возникает, когда выражение в правой части равенства должно выглядеть по-разному в разных случаях.
На этот случай в пакете amsmath предусмотрено окружение cases. Продемонстрируем его работу сразу на примере:
 | $$ |x|=\begin{cases} x,&TeXt{если $x>0$;}\\ 0,&TeXt{если $x=0$;}\\ -x,&TeXt{если $x<0$.} \end{cases} $$ |
Теперь, когда вы ознакомились с возможностями набора многострочных формул с помощью пакета amsmath, расскажем и о том, что можно сделать в этом направлении без подключения дополнительных стилевых пакетов.
Системы уравнений можно набирать с помощью окружения array таким образом:
 | $$ \left\{ \begin{array}{rcl} x^2+y^2&=&7\\ x+y & = &3.\\ \end{array} \right. $$ |
Можно заметить, что пробелы (отбивки) до и после знака равенства получаются больше, чем это допускается типографскими правилами (и чем получается при использовании окружения aligned из пакета amsmath). К сожалению, бороться с этим трудно; проще раздобыть комплект, в который входит пакет amsmath .
Если необходимо, чтобы отдельные уравнения в системе были пронумерованы, можно воспользоваться окружением eqnarray . Оно работает так же, как окружение array с преамбулой rcl в вышеприведенном примере, но при этом у каждого уравнения автоматически печатается его номер (подобно тому, как автоматически печатается номер у выключной формулы, созданной с помощью окружения equation —. Если пометить какое-либо уравнение с помощью команды \label, то в дальнейшем можно на него ссылаться с помощью команды \ref или \pageref.
 | \begin{eqnarray} 2\times3&=&6\\ 2+3&=&5\label{silly} \end{eqnarray} На с.~\pageref{silly} приведено глупое уравнение~\ref{silly} |
В этом примере символ "~ "между "с."\ и \pageref поставлен, чтобы слово "с."\ и номер страницы не попали на разные строки ; для аналогичных целей мы использовали этот символ и вторично.
При использовании окружения eqnarray не надо писать знаки "$$" (подобно тому, как не надо их писать при пользовании окружением equation).
Если вы хотите нумеровать не все уравнения, надо уравнения, которые вы нумеровать не будете, пометить командой \nonumber (непосредственно перед "\\"):
 | \begin{eqnarray} \int_{-\infty}^\infty e^{-x^2}dx & = & \sqrt{\pi}\nonumber\\ \sqrt{576} & = & 24 \end{eqnarray} |
Окружение array можно использовать не только в выключных, но и во внутритекстовых формулах, хотя результат при этом обычно выглядит некрасиво. Окружения eqnarray и eqnarray* создают только выключные формулы.
Чтобы разбить выключную формулу на несколько выровненных частей, также можно воспользоваться окружением eqnarray или eqnarray*:
 | \begin{eqnarray*} x^{20}&=&(x-1)^{20}+ 20(x-1)^{19}+\ldots+\\ &&{}+20(x-1)+1 \end{eqnarray*} |
