Was ist LaTeX?

Der Schriftsatz

Jeder gedruckte oder am Bildschirm gelesene Text ist gesetzt worden: Jemand oder etwas hat entschieden, an welche Stelle genau jeder Buchstabe fällt. Der Schriftsatz ist die Gesamtheit dieser Entscheidungen: welche Schrift und welcher Schriftgrad verwendet werden, wo jede Zeile endet und wie der Raum zwischen ihren Wörtern verteilt wird, um sie im Blocksatz auszurichten, welche Wörter getrennt werden und an welcher Stelle, wann zwei Buchstaben zu einer Ligatur verschmelzen, wie der Abstand zwischen bestimmten Buchstabenpaaren ausgeglichen wird (das Unterschneiden), wo jede Seite umbrochen wird, in welcher Höhe die Fußnoten stehen und wie die Überschriften gegliedert sind. Jahrhundertelang war dies das Handwerk des Setzers, der die Zeilen aus Bleilettern bildete; heute führt es ein Programm aus, aber die Entscheidungen sind dieselben geblieben.

Ein guter Absatz fällt nicht auf: Das Auge gleitet über die Zeilen, ohne über ungleiche Lücken oder unsinnige Trennungen zu stolpern. Das zu erreichen ist allerdings nicht trivial, denn jede Entscheidung bedingt die folgenden: Die Stelle, an der die erste Zeile endet, bestimmt, mit welchem Wort die zweite beginnt, und so fort bis zum Ende des Absatzes.

Wissenschaftliche Texte verlangen diese Sorgfalt in höherem Maß als andere. Sie enthalten Formeln, deren Satz eigenen Regeln folgt (der Abstand um ein Gleichheitszeichen ist nicht der um ein Komma, und ein Index wird in einem bestimmten Verhältnis verkleinert); sie verweisen unablässig auf sich selbst, mit nummerierten Abschnitten, Sätzen, Abbildungen und Gleichungen, die über ihre Nummer zitiert werden; sie häufen Fußnoten und Literaturangaben an, die einem einheitlichen Stil folgen müssen; sie mischen oft mehrere Sprachen und mehrere Schriftsysteme; und sie sind meist lang, sodass sich eine auf hundert Seiten wiederholte Nachlässigkeit nicht von Hand berichtigen lässt. Wenn dem so ist, empfiehlt es sich, den Satz einem System anzuvertrauen, das ihn nach ausdrücklichen Regeln erledigt und dem Autor erlaubt, sich dem zu widmen, was er sagt.

Auszeichnung und Textverarbeitung

Es gibt zwei Arten, ein Programm einen Text setzen zu lassen. In einer Textverarbeitung wie Microsoft Word oder LibreOffice Writer sieht der Autor am Bildschirm die Seite so, wie sie gedruckt wird, und verändert sie unmittelbar: Er markiert ein Wort und setzt es kursiv, verschiebt einen Rand, wählt für eine Überschrift einen größeren Schriftgrad. Man beschreibt diese Arbeitsweise gewöhnlich mit der englischen Wendung what you see is what you get: Was man sieht, ist das, was man bekommt.

In einer Auszeichnungssprache dagegen schreibt der Autor eine reine Textdatei, in die er Auszeichnungen einfügt, die sagen, was etwas ist oder wie es zu behandeln ist: dass ein Wort hervorgehoben wird, dass eine Zeile die Überschrift eines Abschnitts ist, dass eine Passage ein Zitat ist. Ein Programm liest diese Datei anschließend und erzeugt das gesetzte Dokument. Webseiten werden so geschrieben, in HTML; LaTeX ist eine Auszeichnungssprache, die dafür gedacht ist, hochwertige gedruckte Dokumente zu erzeugen.

Soll der Vergleich gerecht sein, muss er anerkennen, was jede Arbeitsweise besser kann. Die Textverarbeitung bietet eine sofortige Rückmeldung, verlangt kaum vorheriges Lernen, ist das Werkzeug, das die meisten Menschen kennen, mit denen man zusammenarbeitet, und ihre Funktion „Änderungen nachverfolgen“ ist in vielen Verlagen und Behörden das übliche Mittel der Überarbeitung. Die Auszeichnungssprache bietet ihrerseits reine Textdateien, die jedes Programm auch in vierzig Jahren noch öffnen kann, die wenig Platz brauchen und deren Fassungen sich Zeile für Zeile vergleichen lassen; eine ausdrückliche Struktur, aus der sich Inhaltsverzeichnisse, Nummerierung und Querverweise von selbst ergeben; eine Einheitlichkeit, die nicht von der Disziplin des Autors abhängt; und einen Satz der Formeln und der Absätze, den Textverarbeitungen nicht erreichen. Ihre Kosten sind ebenso klar: Man muss die Auszeichnungen lernen, das Ergebnis sieht man erst nach dem Übersetzen, und ein Tippfehler kann die Übersetzung abbrechen.

TeX und LaTeX

Donald Knuth und TeX

Donald Knuth, Professor für Informatik an der Stanford University, veröffentlichte seit 1968 die Bände von The Art of Computer Programming. Als er um 1977 die Korrekturfahnen einer Neuauflage des zweiten Bandes erhielt, gesetzt mit dem fotografischen Verfahren, das die Bleilettern abgelöst hatte, hielt er sie für weit schlechter als die der ersten Auflage, vor allem bei den Formeln. Statt sich damit abzufinden, beschloss er, selbst ein Satzprogramm zu schreiben, das den Mathematikbüchern die Qualität der besten herkömmlichen Typografie zurückgeben und dessen Ausgabe auf jedem Rechner identisch sein sollte. Die erste Fassung von TeX erschien 1978; Knuth schrieb sie zu Beginn des folgenden Jahrzehnts vollständig neu und entwarf außerdem das Programm METAFONT, mit dem er die Schriften Computer Modern zeichnete.

Der Name stammt aus dem Griechischen: Seine Buchstaben sind die Großbuchstaben Tau, Epsilon und Chi, der Anfang des Wortes τέχνη, das zugleich Kunst und Technik bedeutet, und deshalb wird der letzte Buchstabe nicht wie ein x ausgesprochen, sondern wie das ch in „ach“. Knuth hat TeX für abgeschlossen erklärt und lässt daran nur noch Fehlerkorrekturen zu: Seit Version 3 nähert sich die Versionsnummer π, und jede Korrektur fügt ihr eine Stelle hinzu. Diese Beständigkeit ist eine seiner Tugenden, denn ein vor Jahrzehnten geschriebenes Dokument lässt sich heute mit demselben Ergebnis übersetzen.

TeX ist allerdings eine Sprache niedriger Ebene: Seine primitiven Befehle sprechen von Boxen, von dehnbaren Abständen und von Strafpunkten dafür, eine Zeile an der einen oder anderen Stelle umzubrechen. Für einen Autor, der nur einen Aufsatz schreiben will, wäre es eine unverhältnismäßige Last, jede Überschrift und jede Fußnote in diesen Begriffen zu programmieren. TeX erlaubt deshalb, Makros zu definieren, neue Befehle, die sich in elementarere auflösen, und fast sein gesamter tatsächlicher Gebrauch läuft über Makrosammlungen.

Leslie Lamport und LaTeX: der Inhalt getrennt von der Form

Zu Beginn der 1980er-Jahre schrieb Leslie Lamport, ein Informatiker, der vor allem durch seine Arbeiten über verteilte Systeme bekannt ist, auf der Grundlage von TeX eine Makrosammlung, die er LaTeX nannte und deren erste Fassung 1984 in Umlauf kam; 1986 veröffentlichte er das Handbuch LaTeX: A Document Preparation System. Seit 1994 pflegt eine Gruppe von Freiwilligen, das LaTeX Project, die geltende Fassung, LaTeX2e genannt.

Der Kerngedanke von LaTeX ist, dass der Autor den Inhalt auszeichnet und nicht die Form. Er schreibt nicht „diese Zeile fett und in einem größeren Schriftgrad“, sondern „dies ist die Überschrift eines Abschnitts“, mit \section{Ergebnisse}; er schreibt nicht „dieses Wort kursiv“, sondern „dieses Wort wird hervorgehoben“, mit \emph{Hypothese}. Wie eine Abschnittsüberschrift aussieht, ob sie eine Nummer trägt und welchen Abstand sie zum Text hat, entscheidet die zu Beginn erklärte Klasse des Dokuments zusammen mit den Befehlen, die der Autor in der Präambel hinzufügt. Daraus folgt, dass sich das Aussehen des ganzen Dokuments an einer einzigen Stelle ändern lässt und dass derselbe Text nach den Vorgaben zweier verschiedener Zeitschriften gesetzt werden kann, ohne eine Zeile des Textteils anzurühren.

BeispielDie Struktur wird erklärt, die Form wird abgeleitet

Im folgenden Quelltext gibt es keinerlei Angabe zu Schriftgrad, Schrift oder Nummer: Es wird nur gesagt, was jede Zeile ist. Die Nummerierung des Abschnitts und des Unterabschnitts, Größe und Stärke ihrer Überschriften und die Kursivierung des hervorgehobenen Wortes bestimmt die Dokumentklasse.

LaTeX-Code

\section{Ergebnisse}Die Daten bestätigen die anfängliche \emph{Hypothese}.​\subsection{Die Stichprobe}Die Stichprobe umfasst zwölf Texte von drei Autoren.

Ergebnis

Wird später vor diesem Abschnitt ein weiterer eingefügt, so wechselt seine Nummer von selbst von eins zu zwei, und dasselbe geschieht mit dem Unterabschnitt und mit jedem Verweis, der sie zitiert.

Die Satzprogramme: pdfLaTeX, XeLaTeX und LuaLaTeX

LaTeX ist eine Sammlung von Makros, kein Programm: Es braucht ein Satzprogramm (englisch engine), ein Programm aus der TeX-Familie, das sie ausführt und das Dokument erzeugt. Heute sind drei im Gebrauch, und alle drei verstehen dasselbe LaTeX; sie unterscheiden sich darin, wie sie den Text lesen und welche Schriften sie verwenden können.

• pdfLaTeX verwendet das Satzprogramm pdfTeX, das Hàn Thế Thành entwickelte, um unmittelbar eine PDF-Datei zu erzeugen. Es ist schnell und sehr verbreitet und ist das voreingestellte Satzprogramm von Overleaf. Seine Schriften sind allerdings die des klassischen TeX-Formats, mit höchstens 256 Zeichen je Schrift, sodass es die im System installierten Schriften nicht unmittelbar lädt, und Griechisch, Kyrillisch oder andere Schriftsysteme zu schreiben erfordert besondere Kodierungen und Pakete; ohne sie bricht ein griechischer Buchstabe die Übersetzung mit einem Fehler ab.
• XeLaTeX verwendet das von Jonathan Kew geschaffene Satzprogramm XeTeX, das den Text in Unicode liest, dem Standard, der jedem Zeichen aller Schriftsysteme eine Nummer zuweist, und jede OpenType-Schrift des Systems über das Paket fontspec lädt.
• LuaLaTeX verwendet das Satzprogramm LuaTeX, das hinsichtlich Unicode und Schriften dasselbe bietet wie XeTeX und zusätzlich die Programmiersprache Lua enthält, mit der Pakete in den Satz eingreifen können. Die heutigen Distributionen betreiben es mit der Bibliothek HarfBuzz, die die Schriftsysteme formt, deren Buchstaben sich verbinden oder kombinieren, etwa Arabisch oder Devanagari.

Dieser Kurs verwendet LuaLaTeX. Die Gründe folgen aus dem Gesagten: Es schreibt unmittelbar in Unicode, sodass ein Platonzitat in polytonischem Griechisch, mit seinen Akzenten und Spiritus, so eingetippt wird, wie es ist; es verwendet die Schriften des Systems, einschließlich derjenigen, die eine Universität oder eine Zeitschrift vorschreibt; es setzt Latein, Griechisch und Deutsch in ein und demselben Dokument, jedes mit seinen eigenen Trennregeln; und es beherrscht mit den passenden Paketen Schriftsysteme, die von rechts nach links laufen, wie das Arabische, oder die ihre Wörter nicht durch Leerzeichen trennen, wie das Chinesische und das Japanische. Folglich genügt ein einziges Satzprogramm für alle Dokumente eines Kurses, der sich zugleich an die Natur- und an die Geisteswissenschaften richtet. Seine einzigen Kosten gegenüber pdfLaTeX sind eine etwas langsamere Übersetzung, die bei Dokumenten üblicher Größe kaum auffällt.

BeispielGriechisch und Latein in einem mit LuaLaTeX übersetzten Dokument

Der folgende Quelltext lädt fontspec, wählt eine Schrift, die griechische Buchstaben enthält, und erklärt über babel Deutsch zur Hauptsprache und Altgriechisch und Latein zu Nebensprachen. Die griechischen Wörter werden unmittelbar mit ihren Zeichen geschrieben.

LaTeX-Code

\documentclass{article}\usepackage{fontspec}\usepackage[latin, ngerman]{babel}\babelprovide[import]{ancientgreek}\setmainfont{Linux Libertine O}​\begin{document}Aristoteles eröffnet die \emph{Metaphysik} mit diesem Satz:\foreignlanguage{ancientgreek}{πάντες ἄνθρωποι τοῦ εἰδέναι ὀρέγονται φύσει.}Die lateinische Überlieferung gab ihn so wieder:\foreignlanguage{latin}{omnes homines natura scire desiderant.}\end{document}

Ergebnis

Eine Passage mit \foreignlanguage auszuzeichnen, ändert das Aussehen der Buchstaben nicht: Es gibt an, in welcher Sprache die Passage steht, damit ihre Trennregeln und ihre Konventionen gelten. Die Option ngerman steht für die neue deutsche Rechtschreibung. Mit pdfLaTeX ließe sich dieser Quelltext nicht übersetzen: fontspec verlangt XeLaTeX oder LuaLaTeX.

Quelldatei, Übersetzung und PDF

Ein LaTeX-Dokument ist eine reine Textdatei mit der Endung .tex. Es besteht aus zwei Teilen. Die Präambel reicht von der ersten Zeile, \documentclass{article}, die die Dokumentklasse erklärt, bis \begin{document}; in ihr werden mit \usepackage die Pakete geladen und die Entscheidungen über die Form getroffen. Der Textteil reicht von \begin{document} bis \end{document} und enthält den Text. Befehle beginnen mit einem Rückstrich (Backslash), und was sie entgegennehmen, steht in geschweiften Klammern.

BeispielEin minimales vollständiges Dokument

Dieser Quelltext ist ein vollständiges Dokument: Er lässt sich übersetzen, ohne dass man etwas hinzufügt, und wird der Ausgangspunkt für die Dokumente des Kurses sein.

LaTeX-Code

\documentclass{article}\usepackage{fontspec}\usepackage[ngerman]{babel}​\begin{document}\section{Einleitung}Der Schriftsatz entscheidet, wohin jeder Buchstabe fällt.\end{document}

Ergebnis

Der Abschnitt erhält die Nummer eins, ohne dass sie geschrieben wurde, und seine Überschrift verwendet die Schrift und den Schriftgrad, die die Klasse article festlegt.

Der Arbeitszyklus hat drei Schritte: Man schreibt den Quelltext, man übersetzt ihn (man sagt auch: man kompiliert ihn) und man liest das Ergebnis. Übersetzen heißt, das Satzprogramm auf die Datei anzuwenden, in diesem Kurs mit dem Befehl lualatex, der den Quelltext liest und eine PDF-Datei gleichen Namens schreibt. Daneben bleiben Hilfsdateien zurück, darunter eine mit der Endung .log, die Protokolldatei, in der das Satzprogramm Fehler und Warnungen festhält, und eine andere mit der Endung .aux, in der es die Nummern der Abschnitte und der Seiten speichert. Deshalb erscheinen ein Inhaltsverzeichnis oder ein Querverweis erst nach einem zweiten Übersetzungslauf richtig: Im ersten notiert das Satzprogramm, wo jedes Ding gelandet ist; im zweiten verwendet es diese Angaben. In der Praxis tippt man den Befehl nicht von Hand: Der Editor führt ihn auf Knopfdruck aus. In diesem Kurs wird mit Texmaker auf dem eigenen Rechner oder mit Overleaf im Browser gearbeitet; die nächste Lektion richtet diese Umgebung ein.

Der Quelltext wird nicht so gesetzt, wie er geschrieben ist, und drei Regeln erklären fast alle Überraschungen am Anfang. Erstens zählen mehrere aufeinanderfolgende Leerzeichen so viel wie eines, und ein Zeilenumbruch zählt wie ein Leerzeichen: Das Satzprogramm verteilt den Raum selbst, und das Leerzeichen, das der Autor schreibt, zeigt nur an, dass dort ein Wort endet. Zweitens beenden eine oder mehrere Leerzeilen den Absatz und beginnen einen neuen. Drittens leitet das Zeichen % einen Kommentar ein: Das Satzprogramm übergeht alles, was bis zum Zeilenende folgt, einschließlich des Zeilenumbruchs selbst.

BeispielLeerzeichen, Absätze und Kommentare

Der folgende Quelltext ist absichtlich nachlässig geschrieben. Das Ergebnis hat zwei Absätze mit gleichmäßigen Abständen, und die Notiz nach dem Kommentarzeichen erscheint nicht.

LaTeX-Code

Wiederholte      Leerzeichen     werden zu einem, und dieser Zeilenumbruchist ebenfalls ein Leerzeichen.​Eine Leerzeile beginnt einen neuen Absatz. % Diese Notiz wird nicht gedruckt.

Ergebnis

Wenn dem so ist, genügt es nicht, das Prozentzeichen zu schreiben, um es zu drucken: Man muss ihm einen Rückstrich voranstellen, also \%. Dasselbe gilt für die übrigen Zeichen, die LaTeX für eigene Aufgaben reserviert, etwa die geschweiften Klammern oder das Dollarzeichen.

LaTeX in den wissenschaftlichen Fächern

In der Mathematik, in der Physik und in weiten Teilen der Informatik ist LaTeX die Regel: Die Zeitschriften bieten eigene Dokumentklassen an, damit die Autoren ihre Aufsätze im Format der Zeitschrift einreichen, und arXiv, das Archiv, in dem die Aufsätze dieser Fächer vor ihrer Veröffentlichung verbreitet werden, nimmt LaTeX-Quelltexte entgegen und übersetzt sie selbst. Der Grund ist der Formelsatz, den kein anderes System mit so wenig Aufwand erreicht, und die automatische Nummerierung von Sätzen und Gleichungen. Auch die Wirtschaftswissenschaften, die Statistik, die Ingenieurwissenschaften und die Chemie verwenden es in großem Umfang.

Es wäre jedoch ein Irrtum zu glauben, LaTeX sei allein Sache der exakten Wissenschaften. In der Philosophie, der klassischen Philologie und der Geschichtswissenschaft liegen seine Vorzüge anderswo, und sie sind nicht geringer. Für kritische Editionen, die einen antiken Text mit einem Apparat begleiten, der die Lesarten der Handschriften in auf Zeilennummern bezogenen Anmerkungen verzeichnet, gibt es in LaTeX spezialisierte Pakete wie reledmac, die die Zeilen nummerieren, mehrere Ebenen von Anmerkungen ordnen und ihre Verweise erhalten, wenn sich der Text ändert. Polytonisches Griechisch und Latein werden, wie gesehen, richtig geschrieben und getrennt. Fußnoten, die in einem geisteswissenschaftlichen Aufsatz in die Hunderte gehen können, werden von selbst nummeriert und auf ihrer Seite platziert. Und die Bibliografie wird mit BibLaTeX ein einziges Mal als Datenbank geschrieben und in jedem gewünschten Stil zitiert, sei es im Autor-Jahr-Stil der Sozialwissenschaften, im numerischen Stil der Naturwissenschaften oder im Fußnotenstil der Geisteswissenschaften, indem man eine einzige Option ändert.

Die Grenzen von LaTeX

LaTeX hat allerdings echte Kosten, und es empfiehlt sich, sie zu kennen, bevor man es einführt. Seine Lernkurve ist steil: In den ersten Wochen muss man oft nachschlagen, wie man das macht, was in einer Textverarbeitung ein Klick erledigt. Seine von TeX geerbten Fehlermeldungen sind oft rätselhaft und verweisen manchmal auf eine Zeile nach derjenigen, die den Fehler enthält; eine der nächsten Lektionen dieser Einheit lehrt, sie zu lesen. Der Satz frei gestalteter Seiten wie eines Plakats oder einer illustrierten Zeitschrift, auf denen jedes Element von Hand platziert wird, ist mühsamer als in einem Layoutprogramm. Und nicht alle Empfänger nehmen es an: Nicht wenige geisteswissenschaftliche Zeitschriften, Verlage und Behörden verlangen eine Datei aus einer Textverarbeitung und überarbeiten mit deren Änderungsnachverfolgung.

Daraus ergibt sich ein einfaches Kriterium. Ein kurzer Brief, ein Protokoll, ein Formular oder ein Text, den eine andere Person in einer Textverarbeitung überarbeiten wird, schreibt man besser in einer Textverarbeitung. Ein langes Dokument mit Struktur, Formeln, Zitaten, Anmerkungen, mehreren Sprachen oder einem langen Leben vor sich, das über Jahre berichtigt und neu aufgelegt werden muss, schreibt man besser in LaTeX.

Gelöste Aufgaben

Die folgenden Aufgaben verlangen nicht, das Gesagte zu wiederholen, sondern es anzuwenden: Die erste verlangt, genau vorherzusagen, was ein Quelltext ergibt, die zweite, zu entscheiden, welches Satzprogramm und welche Schriften ein Dokument braucht, und die dritte, in einem ohne diese Sorgfalt geschriebenen Quelltext Inhalt und Form zu trennen.

Der   Schriftsatz    entscheidet,   wohin jeder Buchstabe fällt.Ein guter Absatz fällt nicht auf.​​Gut 50 % der Leserbemerken den Unterschied nicht. Dieses Wo%rt bleibt ganz.

{\Large\bfseries 2. Ergebnisse}\\[6pt]Wie Aristoteles in der \textit{Metaphysik} sagt, ist das Strebennach Wissen \textit{natürlich}; der griechische Ausdruck ist \textit{φύσει}.\\\vspace{12pt}{\large\bfseries 2.1. Die Stichprobe}\\

Online-Übungen

In diesen Übungen schreibt man den Code in das Feld, und der Browser prüft ihn sofort: Er kontrolliert die Klammern, die Umgebungen und das, was jede Übung verlangt, ohne ihn zu übersetzen. Ist die Prüfung bestanden, empfiehlt es sich, den Code in Texmaker zu kopieren und zu übersetzen, denn nur das übersetzte Ergebnis zeigt, was tatsächlich gedruckt wird.

\documentclass{article}\usepackage{fontspec}\usepackage[spanish]{babel}​\begin{document}\section{Introducción}La composición tipográfica decide dónde cae cada letra.\end{document}

\section{Marcado y procesador de textos}En un lenguaje de marcado, el autor dice \emph{qué es} cada cosa.​\subsection{El procesador de textos}El autor ve la página tal como se imprimirá.

Aufgaben zur Übung

Jede Aufgabe hat einen Hinweis, den man erst nach einem eigenen Versuch öffnen sollte, und eine Lösung, die nach dem Öffnen des Hinweises erscheint.

Ich schreibe mit \LaTeX seit einem Jahr.Ich benutze \LaTeX{} und \TeX\ täglich.