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Formelarten in LaTeX: Inline, abgesetzt und ausgerichtet

Inline, abgesetzt oder ausgerichtet: Wir ordnen die Formelarten in LaTeX, erklären textstyle und displaystyle und zeigen die wichtigsten amsmath-Umgebungen mit Rechenbeispiel.

Tobias Schmidbauer

Tobias Schmidbauer

— 5 Min. Lesezeit
[PRÜFEN: Bildbeschreibung nicht belegt, Titelkarte und Logo „ts.“ weder im Entwurf noch in brand-voice.md vorgesehen]…

Wer in LaTeX Formeln setzt, muss zuerst entscheiden, wo sie stehen sollen: im Fließtext, abgesetzt auf einer eigenen Zeile oder als ausgerichtete Gleichungsfolge. Die Entscheidung beeinflusst Satzbild, Zeilenabstand und Lesbarkeit. Am Ende dieses Artikels können wir die drei Grundarten unterscheiden, die Stile \textstyle und \displaystyle gezielt einsetzen und die wichtigsten Umgebungen aus dem Paket amsmath auswählen.

Drei Grundarten von Formeln

LaTeX unterscheidet im Kern zwischen Formeln im Fließtext (inline) und abgesetzten Formeln. Ausgerichtete Gleichungsfolgen sind eine Erweiterung der abgesetzten Formeln, die mehrere Zeilen an festen Punkten ausrichtet.

Inline-Formeln

Inline-Formeln stehen mitten im Absatz, etwa so: $E_\mathrm{kin} = \frac{1}{2}\,m\,v^2$. Der Befehl dafür ist $...$ oder \(...\). LaTeX setzt sie so, dass sie wenig Platz beanspruchen und den Zeilenabstand nicht stören. Lange Brüche oder große Summenzeichen wirken dabei gedrängt.

Abgesetzte Formeln

Abgesetzte Formeln stehen auf einer eigenen, zentrierten Zeile. Dafür verwenden wir \[ ... \]. In der Literatur findet man auch $$ ... $$, das ist aber ein Plain-TeX-Konstrukt, und die LaTeX-Dokumentation empfiehlt die Klammern \[ ... \]. Die Umgebung displaymath ist die ausgeschriebene Variante davon.

Ausgerichtete Gleichungsfolgen

Wenn mehrere Gleichungen untereinander stehen sollen, etwa eine Rechnung in Schritten, nutzen wir Umgebungen wie align. Sie richten die Zeilen an einem Punkt aus, meist am Gleichheitszeichen. Die einzelnen Abschnitte dazu folgen weiter unten.

Stile: textstyle und displaystyle

TeX setzt jede Formel in einem Stil. Der Stil bestimmt, wie groß Summenzeichen, Grenzen und Brüche gesetzt werden. Die Dokumentation von Overleaf nennt vier Befehle, mit denen sich der Stil überschreiben lässt:

  • \textstyle: Stil für Formeln im Fließtext
  • \displaystyle: Stil für abgesetzte Formeln
  • \scriptstyle: Stil für Hoch- und Tiefstellungen
  • \scriptscriptstyle: Stil für Hoch- und Tiefstellungen zweiter Ordnung

Der Unterschied zeigt sich besonders bei Summen. Im Textstil stehen die Grenzen des Summenzeichens neben dem Zeichen, im Displaystil darüber und darunter. Ein Beispiel:

Im Text: $\displaystyle \sum_{i=0}^{n} a_i$ wirkt die Summe groß.
Im Fließtext: $\sum_{i=0}^{n} a_i$ bleibt kompakt.

Wichtig ist der Preis dafür. Der Overleaf-Artikel weist darauf hin, dass ein großer Stil im Fließtext den Zeilenabstand deutlich vergrößern kann. Deshalb setzen wir \displaystyle im Text nur, wenn die Lesbarkeit es wirklich verlangt.

Die Gleichungsumgebungen aus amsmath

Die Umgebung equation gehört zum Standard von LaTeX und nummeriert die Formel automatisch. Für alles andere, was mehrere Zeilen oder Ausrichtung braucht, laden wir amsmath. Die wichtigsten Umgebungen im Überblick:

Umgebung Zweck Nummerierung
equation eine Formel, zentriert ja (equation*: nein)
align mehrere Zeilen, Ausrichtung an & ja (align*: nein)
gather mehrere Zeilen, zentriert, ohne Ausrichtung ja (gather*: nein)
multline eine sehr lange Formel über mehrere Zeilen ja (multline*: nein)

Die Zusammenstellung stützt sich auf die Übersichten bei der Universität Freiburg und bei namsu.de. Bei align gilt: Die Zeichen nach dem & stehen in allen Zeilen untereinander. Zeilenumbrüche setzen wir mit \\.

equation und align

Eine nummerierte Formel mit Marke zum späteren Verweisen:

\begin{equation}
  E_\mathrm{kin} = \frac{1}{2}\,m\,v^2
  \label{eq:ekin}
\end{equation}

Eine Rechnung in Schritten mit align, ausgerichtet am Gleichheitszeichen:

\begin{align}
  A &= \frac{a+b}{2}\cdot h \\
    &= \frac{4\,\mathrm{cm}+6\,\mathrm{cm}}{2}\cdot 3\,\mathrm{cm} \\
    &= 15\,\mathrm{cm}^2
\end{align}

Mit align* entfällt die Nummerierung. Eine einzelne Zeile lässt sich mit \notag aus der Nummerierung herausnehmen.

gather und multline

gather stellt Zeilen zentriert untereinander, ohne dass sie sich an einem Punkt ausrichten. Das eignet sich für unabhängige Formeln wie zwei Flächenformeln. Für eine Formel, die zu lang für eine Zeile ist, bietet sich multline an. Die erste Zeile steht dabei linksbündig, die letzte rechtsbündig. [PRÜFEN: Ausrichtungsregel von multline anhand der amsmath-Dokumentation gegenchecken, nicht aus der Recherche belegt]

Rechenbeispiel: Trapez und Kreis

Wir berechnen die Fläche eines Trapezes mit den parallelen Seiten $a = 4\,\mathrm{cm}$ und $b = 6\,\mathrm{cm}$ sowie der Höhe $h = 3\,\mathrm{cm}$. Die Fläche ergibt sich aus

$$ A_\mathrm{Trapez} = \frac{a+b}{2}\cdot h $$

wobei $a$ und $b$ die parallelen Seiten und $h$ den senkrechten Abstand zwischen ihnen bezeichnen. Einsetzen liefert $A_\mathrm{Trapez} = \frac{4\,\mathrm{cm}+6\,\mathrm{cm}}{2}\cdot 3\,\mathrm{cm} = 15\,\mathrm{cm}^2$. Zum Vergleich ein Kreis mit dem Radius $r = 2\,\mathrm{cm}$: $A_\mathrm{Kreis} = \pi r^2 \approx 12{,}57\,\mathrm{cm}^2$.

Beide Formeln setzen wir in einer Umgebung gather, weil sie unabhängig voneinander stehen:

\begin{gather}
  A_\mathrm{Trapez} = \frac{a+b}{2}\cdot h \\
  A_\mathrm{Kreis} = \pi r^2
\end{gather}

Das Ergebnis lässt sich nachrechnen, ohne Taschenrechner nur mit Kopfrechnen: $10/2 = 5$, $5 \cdot 3 = 15$.

Praxis: ein Testdokument

Wir brauchen dafür nur einen LaTeX-Editor, etwa Overleaf im Browser, oder eine lokale TeX-Installation. Die folgende Datei enthält die Grundarten aus diesem Artikel (inline, abgesetzt, equation und align) und lässt sich direkt übersetzen:

\documentclass[a4paper,12pt]{article}
\usepackage[ngerman]{babel}
\usepackage{amsmath}

\begin{document}

Inline: $E_\mathrm{kin} = \frac{1}{2}\,m\,v^2$ bleibt im Fließtext.

Abgesetzt:
\[
  E_\mathrm{kin} = \frac{1}{2}\,m\,v^2
\]

\begin{equation}
  A_\mathrm{Trapez} = \frac{a+b}{2}\cdot h
  \label{eq:trapez}
\end{equation}

\begin{align}
  A &= \frac{a+b}{2}\cdot h \\
    &= \frac{4\,\mathrm{cm}+6\,\mathrm{cm}}{2}\cdot 3\,\mathrm{cm} \\
    &= 15\,\mathrm{cm}^2
\end{align}

\end{document}

Wenn wir die Datei übersetzen, sehen wir sofort die Unterschiede: Die Inline-Formel fügt sich in den Text ein, die abgesetzten Formeln stehen zentriert, und die align-Zeilen sind am Gleichheitszeichen ausgerichtet.

Stolpersteine und Grenzen

  • Paket vergessen: align, gather und multline funktionieren nur mit \usepackage{amsmath}. [PRÜFEN: Aussage „Die Fehlermeldung ist dann oft unscheinbar“ nicht belegt, ohne Beleg gestrichen; Wortlaut der Fehlermeldung am eigenen Testdokument prüfen]
  • Leerzeile im Formelblock: Eine Leerzeile innerhalb von align beendet die Umgebung und führt zu Fehlermeldungen, wie die Wikibooks-Seite betont.
  • $$ statt \[ \]: Beide Varianten sehen am Ende oft gleich aus. Die Klammern \[ \] sind aber der LaTeX-Standard, und sie vermeiden Abstandsprobleme.
  • Stil im Text: \displaystyle in einer Inline-Formel vergrößert den Zeilenabstand, wie die Overleaf-Dokumentation ausdrücklich erwähnt.
  • Nummerierung: Wer align* benutzt, verliert die Gleichungsnummern. Für Verweise im Text brauchen wir \label und \eqref.
  • Vereinfachung: Die Stile sind nur eine Stellschraube. Gutes Satzbild entsteht erst, wenn Formel, Text und Abstände zusammenpassen, und dafür gibt es keine feste Regel.

Für den Unterricht

Jahrgangsstufe: 11 (Oberstufe, Physik oder Mathematik) Zeitbedarf: etwa 45 Minuten Material: Rechner mit Overleaf oder TeX-Installation, Ausdruck des Testdokuments

Einsatzidee: Wir geben ein fehlerhaftes Dokument aus, in dem drei Formeln falsch gesetzt sind: eine Summe mit \displaystyle im Fließtext, eine align-Umgebung mit Leerzeile und eine gather-Umgebung ohne geladenes Paket amsmath. Die Lernenden finden und korrigieren die Fehler selbst und begründen jede Änderung mit dem Ergebnis der Übersetzung.

Fazit

Inline, abgesetzt oder ausgerichtet: Die Wahl der Umgebung bestimmt Satzbild und Lesbarkeit. Mit \textstyle und \displaystyle lassen sich Stile gezielt steuern, und amsmath liefert für Rechnungen die passenden Umgebungen. Wer die Grundregeln kennt, setzt Formeln schneller und mit weniger Nachbesserungen.

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