How to typeset with Latex? A walking example
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這篇文章將介紹如何使用 Latex 排版；我們會介紹 .tex 文件的基本架構並利用一個例子來說明 Latex 的基本語法。
我們舉一個簡單的例子來說明。下面是一個可以被編譯（compile）的 .tex 檔。
\documentclass[11pt,reqno,a4paper]{amsart}
\usepackage[margin=1.13in]{geometry}
\usepackage{amsmath,amsfonts,amssymb,amsthm,mathrsfs}
%\usepackage{bbm}
%\usepackage{dsfont}
%\usepackage{mathptmx} % selects Times Roman as basic font
%\usepackage{helvet} % selects Helvetica as sans-serif font
\newtheorem{theorem}{Theorem}[section]
\linespread{1.08}
\title{A Latex example}
\author{Tsung-Ju Lee}
\date{\today}
\begin{document}
\maketitle
\section{Introduction}
Test with an equation \(x^{2}+y^{2}=1\). Here is an displayed equation
\begin{equation}
\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\int_{c}^{x} f(t)\mathrm{d}t = f(x)
\end{equation}
where \(f\) is a continuous function on \(\mathbf{R}\).
\begin{theorem}[Fundamental theorem of algebra]
Every non-constant polynomial over \(\mathbf{C}\) has a root in \(\mathbf{C}\).
\end{theorem}
\end{document}
結構
一般來說，一份 .tex 文件包含兩個部分：preamble 與 document（本文內容）。preamble 裡面的程式碼主要控制排版的設定，document 裡面則包含文件的內容。文件內容指夾在 \begin{document} 和 \end{document} 之間的內容，即
\begin{document}
\maketitle
\section{Introduction}
Test with an equation \(x^{2}+y^{2}=1\). Here is an displayed equation
\begin{equation}
\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\int_{c}^{x} f(t)\mathrm{d}t = f(x)
\end{equation}
where \(f\) is a continuous function on \(\mathbf{R}\).
\begin{theorem}[Fundamental theorem of algebra]
Every non-constant polynomial over \(\mathbf{C}\) has a root in \(\mathbf{C}\).
\end{theorem}
\end{document}
在 \begin{document} 前面的區域叫 preamble，即
\documentclass[11pt,reqno,a4paper]{amsart}
\usepackage[margin=1.13in]{geometry}
\usepackage{amsmath,amsfonts,amssymb,amsthm,mathrsfs}
%\usepackage{bbm}
%\usepackage{dsfont}
%\usepackage{mathptmx} % selects Times Roman as basic font
%\usepackage{helvet} % selects Helvetica as sans-serif font
\newtheorem{theorem}{Theorem}[section]
\linespread{1.08}
\title{A Latex example}
\author{Tsung-Ju Lee}
\date{\today}
一般而言，Latex 的指令一般都是用斜線 \ 開頭。斜線後面接指令。
以下我們逐行解釋例子中展示的程式碼。
Preamble
\documentclass[11pt,reqno,a4paper]{amsart}
\usepackage[margin=1.13in]{geometry}
\usepackage{amsmath,amsfonts,amssymb,amsthm,mathrsfs}
%\usepackage{bbm}
%\usepackage{dsfont}
%\usepackage{mathptmx} % selects Times Roman as basic font
%\usepackage{helvet} % selects Helvetica as sans-serif font
\newtheorem{theorem}{Theorem}[section]
\linespread{1.08}
\title{A Latex example}
\author{Tsung-Ju Lee}
\date{\today}
第一行
\documentclass[11pt,reqno,a4paper]{amsart}
為 .tex 檔案的開頭。\documentclass 的功用在於指定文件類型，需在後面的大括號 { } 內輸入文件類型。常見的文件類型有 book、report 或 article，分別代表書籍，報告，或文章。不同的文件類型可以使用不同的指令排版，例如 book 類型可以使用 \chapter 指令來排版章節。例子裡面使用的是文件類型是 amsart（American Mathematical Society article，美國數學協會文章）。大括號前面中括號 [ ] 內的指令是用來調整參數，不同的參數通常用逗號分開。上述例子中的參數有三個：11pt、reqno、a4paper。11pt 是指定文件的字體大小，reqno 是讓文件內容裡的數學展式標籤靠右，a4paper 則是指定文件的紙張大小為 A4。
第二行
\usepackage[margin=1.13in]{geometry}
是告訴 Latex 編譯時要引用 geometry 這個套件。\usepackage 是引入套件的指示，大括號 { } 中的 geometry 是套件的名字。與 \documentclass[11pt,reqno,a4paper]{amsart} 的邏輯類似，大括號前的中括號 [ ] 內的指令為調整參數，這裡我們的參數是 margin=1.13in，margin 指的是文章內容到紙張邊緣的距離，這邊的設定是 1.13 公寸（inch）。geometry 套件裡還有很多參數可以使用。對於一般的套件，使用者通常可以在 CTAN 的網站上找到說明。例如 Link 可以找到 geometry 套件的完整使用方式與說明。
第三行
\usepackage{amsmath,amsfonts,amssymb,amsthm,mathrsfs}
一次引入五個套件，不同的套件用逗號分開。這些套件包含一些在編寫數學文件時常用的指令。例如常見的數學符號、提供使用者定義 Theorem 環境與 Reference 格式等等。
第四行至第七行
%\usepackage{bbm}
%\usepackage{dsfont}
%\usepackage{mathptmx} % selects Times Roman as basic font
%\usepackage{helvet} % selects Helvetica as sans-serif font
是關於字型的套件，要引入字型時使用。但注意到這些指令前面都有一個 % 符號。% 在 .tex 文件中表示註解，即 % 後面的程式碼會直接被忽略不作用。因此這四行在這份文件中是不起任何作用的。
第八行
\newtheorem{theorem}{Theorem}[section]
是在呼叫 amsthm 套件之後才可以使用的指令。這個指令的一般形式是 \newtheorem{name}{head}[counter]，用途為定義 Theorem 環境供本文使用。其中 name 表示環境的名字、head 表示在文件中要顯示的標題名稱，而中括號內的 counter 則是計數器（或是標號），我們的程式碼 \newtheorem{theorem}{Theorem}[section] 定義了一個名為 “theorem” 的環境，其標題為 “Theorem”，並且用 section （章節）來做標記。
第九行
\linespread{1.08}
功用為指定文件的行距，這邊使用的是 1.08 倍。
第十行到第十二行
\title{A Latex example}
\author{Tsung-Ju Lee}
\date{\today}
是在使用適當文件格式後才可使用的指令。\title{A Latex example} 是告訴 Latex 文章標題為 “A Latex example”、\author{Tsung-Ju Lee} 表示此份文件作者為 “Tsung-Ju Lee”，最後 \date{\today} 表示文件的製作日期是今天。當然這些指令也可以加入參數，例如 \title[Latex]{A Latex example} 等。使用者可以自己上網搜尋這些參數的使用時機。
文件內容
文件內容為夾在 \begin{document} 與 \end{document} 之間的部分。現在我們來解釋文件內容裡的程式碼代表的意義。
\maketitle
\section{Introduction}
Test with an equation \(x^{2}+y^{2}=1\). Here is an displayed equation
\begin{equation}
\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\int_{c}^{x} f(t)\mathrm{d}t = f(x)
\end{equation}
where \(f\) is a continuous function on \(\mathbf{R}\).
\begin{theorem}[Fundamental theorem of algebra]
Every non-constant polynomial over \(\mathbf{C}\) has a root in \(\mathbf{C}\).
\end{theorem}
第一行
\maketitle
代表要生成文件標題。這個指令會在文件的第一頁產生標題與作者。
第二行
\section{Introduction}
指的是以下內容（直至下次 \section 出現前）均為第一節的內容，這節的名稱叫做 Introduction。
第三行至第七行
Test with an equation \(x^{2}+y^{2}=1\). Here is an displayed equation
\begin{equation}
\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\int_{c}^{x} f(t)\mathrm{d}t = f(x)
\end{equation}
為文件內容的一部分。數學模式的起點與終點用 \( 與 \) 表示。所以 \(x^{2}+y^{2}=1\) 表示用數學模式編譯 x^{2}+y^{2}=1，其中 “^” 表示上標。因此這段程式碼編譯出來得到 $x^{2}+y^{2}=1$。沒有被 \( 與 \) 包住的地方為一般的文字模式。所以第一句話編譯出來會得到
Test with an equation $x^{2}+y^{2}=1$.
之後有一段程式碼被 \begin{equation} 與 \end{equation} 夾住。\begin{environment} 與 \end{environment} 意思是中間夾住的程式碼要使用 environment 環境編譯。這裡我們使用的環境為 equation，意思是中間夾住的數學式要用數學展式表現；即要從上面的段落獨立出來打在下一行上。注意到上面的數學式 $x^{2}+y^{2}=1$ 是鑲嵌在段落裡面，這通常叫做「隨文模式」。展示中有一些常用的數學符號：\frac{A}{B} 表示分數 $B$ 分之 $A$。\mathrm{d} 表示 d 這個字母要使用 roman 字體，有別於一般的數學斜體字母，如後面的 $x$。\int_{c}^{x} 表示積分符號，上限為 $x$，下限為 $c$。所以整段表示出來會變成
Test with an equation $x^{2}+y^{2}=1$. Here is an displayed equation
\[\begin{equation}\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\int_{c}^{x} f(t)\mathrm{d}t = f(x) \end{equation}\]where \(f\) is a continuous function on \(\mathbf{R}\).
注意到在數學式的最右邊有一個編號 (1)，這是它的編號；使用 equation 環境會自動把數學式按照順序編號。而最後的 \mathbf{R} 表示字母 R 要使用數學粗體字。
第八行到第十行
\begin{theorem}[Fundamental theorem of algebra]
Every non-constant polynomial over \(\mathbf{C}\) has a root in \(\mathbf{C}\\).
\end{theorem}
這段意思是告訴 Latex 要使用我們剛剛在 preamble 定義的 theorem 環境編譯。編譯出來的內容為
Theorem 1.1. (Fundamental theorem of algebra) Every non-constant polynomial over \(\mathbf{C}\) has a root in \(\mathbf{C}\).
其中 1.1 表示第一節的第一個定理（即以 section 來計數定理）。使用者可以在後面多寫幾個 \begin{theorem} ... \end{theorem} 或是在文章內容前後加入幾個 \section{} 來測試定理編號的變化。以上文件內容結束。