括弧付きの LaTeX 式を複数行に続けるには、固定サイズの括弧を使うか、各行の見える括弧と見えない区切り記号を組み合わせます。ブロック全体を囲む背の高い括弧を一組だけ使う場合は、括弧の内側に複数行環境を置きます。

このガイドでは、レイアウトを選び、Mac で LaTeX 文書全体を編集する方法を説明します。以下の式はすべて、説明用に作成した代数式です。重要なのは、括弧を最初と最後の項の横に置くのか、ブロック全体の両側に置くのかです。

どの括弧レイアウトを選べばよいですか？

ソースを変更する前に、この判断ガイドを使ってください。環境の選択肢は、amsmath ユーザーズガイドの第3.3～3.7節とmathtools マニュアルの第3.4.2節に記載されたディスプレイ構造に基づいています。

目的の結果 適した構造 括弧の方法
最初の行に開き括弧、最後の行に閉じ括弧を置く equation の中に split を入れる \Bigl[ と \Bigr] のように、対応する固定サイズを使う
同じ配置で、各行のサイズを自動調整する equation の中に split を入れる \left[ ... \right. に続けて \left. ... \right] を置く
整列した行を背の高い括弧一組で囲む equation の中に aligned を入れる \left[ を aligned の前に、\right] をその後に置く
段差のある続きの行を背の高い括弧一組で囲む equation の中に multlined を入れる mathtools を読み込み、括弧を multlined の外側に置く

長い和では、最初の選択肢から始めてください。括弧で囲んだ一つのまとまりとして見せたいコンパクトな式には、3番目を試してください。これは読者に式をどう追ってほしいかという編集上の選択です。以下の例では、代数的な内容を変えずに、それぞれの配置を比較できます。

固定サイズの括弧を使って式を続けるには？

amsmath ガイドでは、改行によって \left–\right の組が途切れる場合の解決策として、固定サイズの区切り記号を明示的に推奨しています。サイズの組には、\bigl/\bigr、\Bigl/\Bigr、\biggl/\biggr、\Biggl/\Biggr があります。ガイドの第4.14.1節と第10.2節を参照してください。

以下は文書全体の例です。1行目で角括弧を開き、2行目で閉じるため、続きの位置には見える括弧がありません。

\documentclass{article}
\usepackage{amsmath}

\begin{document}

\begin{equation}
\begin{split}
F(x) &= \Bigl[a_0+a_1x+a_2x^2+a_3x^3 \\
     &\qquad {}+a_4x^4+a_5x^5\Bigr].
\end{split}
\end{equation}

\end{document}

この例では、最初の & で等号の前に位置合わせを設定します。2行目は対応する & で始まり、その後に字下げがあります。見える角括弧には、どちらも同じサイズの組を使っています。改行の前に閉じ括弧を置かず、後にも開き括弧を置きません。

{}+ の空のグループは何も表示しませんが、続きの行のプラス記号に二項演算子の間隔を保ちます。行間で項を移動するときは符号を残し、表示される式が意図した和になるようにしてください。

この例を調整するには、まず構造コマンドをそのままにして、多項式の項を置き換えます。次に、各行で最も背の高い項に括弧のサイズが合っているか確認します。分数を加える場合は、対応する括弧を大きくすることを検討してください。開き括弧だけを調整せず、両端を一緒に変更します。

見えない区切り記号は改行をまたいでどう機能しますか？

\left–\right の組を、行の改行や位置合わせの区切りをまたいで直接使うことはできません。公式に記載された回避方法は、各部分をヌル区切り記号 \right. または \left. で閉じることです。ドットは見えない区切り記号を指定するもので、ピリオドは表示されません。右側の区切り記号がない場合のエラーについての amsmath ガイドの説明を参照してください。

以下の文書全体の例では、区切り記号のサイズが重要になるよう、分数を使っています。

\documentclass{article}
\usepackage{amsmath}

\begin{document}

\begin{equation}
\begin{split}
G(x) &= \left[\frac{a_0+a_1x}{1+x^2}+a_2x^2\right. \\
     &\qquad \left.{}+a_3x^3+a_4x^4
       \vphantom{\frac{a_0+a_1x}{1+x^2}}\right].
\end{split}
\end{equation}

\end{document}

括弧の構造を行ごとに確認してください。1行目には見える開き括弧と見えない閉じ区切り記号があります。2行目には見えない開き区切り記号と見える閉じ括弧があります。そのため、各行に区切り記号の完全な組が含まれます。

見える括弧の高さをそろえるには？

自動サイズ調整の組を別々に使うと、サイズが異なる場合があります。ガイドでは、高さをそろえるため、もう一方の部分の最も背の高い内容とともに \vphantom を使う方法を推奨しています。この例では、2行目で分数を \vphantom の中に繰り返しています。分数自体は表示されません。amsmath 第10.2節を参照してください。

そのファントムもレイアウトの保守対象として扱ってください。1行目の分数をより背の高い内容に置き換えたら、ファントムも更新します。式を修正するたびに手間がかかるようなら、対応する固定サイズの括弧に戻し、PDFで見た目を確認してください。

すべての行を背の高い括弧一組で囲むには？

amsmath パッケージには、大きな式の内側に置ける構成要素として aligned があります。括弧のコマンドはその外側に置きます。そうすると、行の改行は囲まれたブロックの中に収まります。内側の環境のこの使い方は、amsmath 第3.7節に記載されています。

\documentclass{article}
\usepackage{amsmath}

\begin{document}

\begin{equation}
H(x)=\left[
\begin{aligned}
  &a_0+a_1x+a_2x^2 \\
  &{}+a_3x^3+a_4x^4
\end{aligned}
\right].
\end{equation}

\end{document}

ここでは、見える括弧が2行を合わせた高さを囲んでいます。各行の横に括弧を置いた先の例と比べてください。括弧で囲まれた和を、たとえば別の因子の横に置く一つの積み重なった要素として読ませたいときに、このレイアウトを選びます。

mathtools と multlined はいつ使いますか？

段差のあるブロックには、mathtools が multlined を提供します。最初の行は左から始まり、最後の行は右で終わります。また、幅をオプションで指定できます。このパッケージは amsmath を自動的に読み込みます。mathtools マニュアルの第2節と第3.4.2節を参照してください。

\documentclass{article}
\usepackage{mathtools}

\begin{document}

\begin{equation}
J(x)=\left[
\begin{multlined}[c][0.65\linewidth]
  a_0+a_1x+a_2x^2 \\
  {}+a_3x^3+a_4x^4
\end{multlined}
\right].
\end{equation}

\end{document}

幅 0.65\linewidth は、レイアウト例として示した値です。左辺、括弧、式番号を収められる余裕を持たせ、自分の式を表示してから調整してください。代数的に自然な区切りで明示的に改行します。

似た名前の環境は別物です。multline は外側の amsmath ディスプレイ環境で、multlined は mathtools の内側のブロックです。ここに示した入れ子構造には multlined を使います。このマニュアルには、配列や行列の変形環境に入れ子にした場合の制限も記載されています。この例では equation のすぐ内側に置いています。mathtools 第3.4.2節を参照してください。

Mac で結果を確認するには？

これらの例は、LaTeX のインストールとエディタが正しく動作することを前提としています。TeXShop のデフォルト設定では PDF を生成する TeX プログラムを使い、Help メニューには TeXShop マニュアルがあります。開発元のTeXShop についてのページを参照してください。

  1. 上記の文書全体の例を一つコピーして、新しい TeXShop ソース文書に貼り付け、brackets.tex として保存します。
  2. LaTeX エンジンで組版します。TeXShop では、公式の変更履歴文書に記載されているとおり、Command-T で組版を開始できます。
  3. PDF を確認し、選んだ括弧の配置、高さがそろっているか、続きの符号が読みやすいかを確認します。
  4. サンプルの項を自分の式に置き換えてもう一度組版し、最も幅の広い行が使用可能な幅に収まるか確認します。

例はパッケージのドキュメントと照合して確認しました。調査環境に LaTeX コンパイラがなかったため、この記事用にはコンパイルしていません。

コンパイルが止まったら、まず、ある行に見える \left[ を残し、別の行にその \right] を置いていないか確認してください。次に、環境名とパッケージ行を文書全体の例と照らし合わせます。コンパイルは成功するもののレイアウトが窮屈に感じられる場合は、括弧のサイズを変える前に改行位置を移動してください。

続ける和では、対応する固定サイズの括弧がわかりやすい出発点です。行ごとの自動サイズ調整が便利なときは見えない区切り記号を使い、積み重なった全体を背の高い括弧で囲みたいときは、内側に aligned または multlined のブロックを置きます。最後に、実際の項を使って PDF を確認してください。式の高さと幅が最終的なレイアウトを左右します。

参考資料