Journal of Tech nology and Information Education 1/2012, Volume 4, Issue 1 OTHERhttp://jtie.upol.cz ARTICLES Časopis pro technickou a informační výchovu ISSN 1803 -537X
CREATION OF EDUCATIONAL PRESENTATIONS FROM MATHEMATICS IN TYPESETTING SYSTEM LATEX
Vladimír POLÁŠEK – Lubomír SEDLÁČEK
Abstract: In this paper we deal with making electronic presentations containing mathematical text and created using typesetting system LaTeX. Apart from a brief description of the typesetting system, we present here an overview of basic LaTeX classes, designed to create electronic presentations. As the most sophisticated class, we show Beamer class in more details.
Keywords: electronic presentation, mathematical text, TeX, LaTeX, TeXnicCenter, Beamer.
TVORBA VÝUKOVÝCH PREZENTACÍ Z MATEMATIKY V TYPOGRAFICKÉM SYSTÉMU LATEX
Resumé : V příspěvku se zabýváme tvorbou prezentací obsahujících matematický text v typografickém systému LaTeX. Kromě stručného popisu tohoto sázecího systému zde představujeme přehled základních tříd LaTeXu, určených k vytváření elektronických prezentací. Jako nejlépe propracovanou třídu uvádíme třídu Beamer, které se věnujeme podrobněji.
Klíčová slova : elektronická prezentace, matematický text, TeX, LaTeX, TeXnicCenter, Beamer.
1 Úvod dvacátého století panem Donaldem Erwinem Mohutný rozvoj informačních Knuthem ze Standfordské univerzity, jehož a komunikačních technologií v posledních hlavním cílem bylo vytvořit nástroj především letech výrazně ovlivnil možnosti publikování pro kvalitní sazbu matematických vztahů. Proto a prezentace odborných textů v elektronické také nachází jedno z největších uplatnění právě podobě. V současné době existuje široká nabídka při tvorbě matematických textů. Protože práce prezentačních systémů, jejichž použití se velmi s tímto programovacím jazykem je velmi náročná rozšířilo ve výuce na školách nebo při a zdlouhav á, byly vytvořeny nadstavby, které prezentacích výsledků vědeckého výzkumu na umožňují snadnější a přirozenější zápis sázeného konferencích. Jsou to například OpenOffice.org textu. Jednou z nejvýznamnějších volně šířených Impress, komerční produkt Microsoft PowerPoint nadstaveb je systém LaTeX, vytvořený v roce nebo MagicPoint pro operační systém Unix. Ne 1985 Leslie Lamportem, jehož hlavní myšlenkou každý z nich však obsahuje prostředky, které umí bylo zp řístupnit poněkud složitý jazyk TeXu vytvořit z typografického hlediska kvalitní běžným uživatelům, kteří nejsou typografičtí prezentaci obsahující matematický text. Při profesionálové, a usnadnit jim precizní vysázení tvorbě prezentace s matematickým ob sahem je požadovaného textu [1]. Systém L aTeX je tedy nutné zvolit program, jenž disponuje nástroji, v podstatě sada maker fungující jako rozšíření které dokáží zobrazit matematické grafy, tabulky, systému T eX o mnoho p ředdefinovan ých vzorce a specifické matematické symboly ve příkazů. Jsou zde definována například makra pro vysoké typografické kvalitě. Mezi takové strukturování dokumentu, automatizovanou programy bezesporu patří systém LaTeX se tvorbu obsahu, formátování textu, tvorbu tabulek svými prezentačními možnostmi třídy Beamer. apod. Zjednodušeně lze říci, že La TeX je překladač, 2 Sázecí systém LaTeX který dostane na vstup soubor s textem Typografický systém T eX je volně š iřitelný obsahujícím také příkazy pro sazbu a z těchto sázecí program, který je určen pro tvorbu údajů vygeneruje soubor typu .dvi (DeVice vědeckých , t echnických, ale i jiných dokument ů. Independent neboli nezávislý na zařízení) . Byl vytvořen koncem sedmdesátých let Ten již obsahuje vysázený text a je pak svým širokým možnostem obecně považován za obvykle zpracován dalším programem na základní. Dalším užitečným výstupním formátem požadovaný cílový formát. Dominantní postavení vhodným pro přenos dat a publikování je PDF má výstup v jazyce P ostScript, který je díky (Portable Document Format) firmy Adobe, která 97
Journal of Tech nology and Information Education 1/2012, Volume 4, Issue 1 http://jtie.upol.cz Časopis pro technickou a informační výchovu ISSN 1803 -537X dodává zdarma pro všechny operační systémy K vyznačení této věty v LaTeXu je však třeba prohlížeče Acrobat Reader. Formát PDF lze napsat: získat převodem z formátu PostScript nebo „Řekneme , že funkce $f$ je použitím zvláštního překladače pdfTeX, který \textit { hladká} na otevřené místo formátu DVI generuje přímo formát PDF množině $ M$ , jestliže má na $ M$ [1]. \textbf{spojité} všechny Princip práce systému znázorňuje následující parciální derivace .“ schéma: Podobně je tomu s matematikou. Matematickou Zdrojový formuli text TeX + * . dvi DVI Obrazovka Tiskárna LaTeX prohlížeč PostScript ͳ ՜ஶ ൬ͳ ൰ Práce s celým systémem se velmi podobá ve zdrojovém kódu LaTeXu݊ zapíšeme jako: programování, neboť obvykle probíhá v těchto krocích: $$\lim_n\to\infty}\left(1+\frac{1 1. příprava nebo úprava zdrojového textu, }{n}\right)^{n}$$. 2. překlad - vysázení, 3. prohlížení. Zdrojové soubory LaTeXu lze psát Tuto posloupnost kroků je třeba opakovat tak v libovolném textovém editoru, nicméně existuje dlouho, dokud nedos áhneme požadovaného spousta LaTeX editorů, které tuto práci značně vzhledu vysázeného dokumentu [1]. zjednodušují. Nemusíme si pamatovat stovky Začínajícím uživatelům se může zdát způsob příkazů a značek LaTeXu, snadno z menu práce v systému LaTeX náročnější než například zvolíme třeba řecká písmena nebo ve velmi často používaném textovém procesoru předdefinované styly tabulek a složitějších MS Word od firmy Microsoft. Důvodem může matematických výrazů, funguje i automatické být především to, že většina editorů pro LaTeX, doplňování příkazů při psaní. Z editorů lze na rozdíl od Wordu, není typu WYSIWYG. jmenovat třeba WinEdt, TeXnicCenter, WinTex a Jedná se o akronym anglického slovního spojení jiné. „What You See Is What You Get“ – co vidíš, to dostaneš. Zkratka označuje způsob editace dokumentů v počítači, při kterém je verze zobrazená na obrazovce vzhledově totožná s výslednou verzí dokumentu [2]. Editory pro LaTeX řadíme naopak do kategorie označované WYSIWYM ( „What You See Is What You Me an“ – co vidíš, to máš na mysli.). Nevýhodou práce v těchto editorech je, že v okamžiku psaní zdrojového textu není k dispozici obraz výsledného dokumentu. Výhodou je, že efektivním zápisem několika potřebných příkazů se systém LaTeX sám postará o precizní, rychlé a Obr 1: Uživatelské rozhraní editoru bezchybné zpracovaní, vysázení a zobrazení. To TeXnicCenter např. znamená, že v dokumentu, který píšeme v LaTeXu, se všechny znaky objevují na 3 Nástroje LaTeXu pro tvorbu prezentací monitoru ve stejn ém typu písma a k zvýraznění Typografický systém LaTeX již ve své písma (tučné, kurzíva, apod.) je nutné použít instalaci obsahuje několik rozšiřujících tříd značkovací příkazy [2]. Například věta: dokumentu typu article či book vhodných pro tvorbu prezentací. Využívá se tak všech „Řekneme, že funkce f je hladká na otevřené vlastností LaTeXu, který obsahuje spoustu množině M, jestliže má na M spojité všechny předdefinovaných šablon a uživatel se soustředí parciální derivace.“, pouze na samotný obsah prezentace. Výhodou je snadné použití. V některých případech stačí vzít psána ve Wordu, je na monitoru počítače původní článek, učební text, vymazat nepotřebné vizuálně totožná s verzí, kterou vytiskneme. pasáže textu a s minimálními modifikacemi
98
Journal of Tech nology and Information Education 1/2012, Volume 4, Issue 1 http://jtie.upol.cz Časopis pro technickou a informační výchovu ISSN 1803 -537X vytvořit stránky prezentace. Nebo využít LaTeXu pro vytváření prezentací je třída vzorových souborů a zaměnit původní text za beamer , o které podrobněji píšeme v další části vlastní. Výsledkem je kvalitně zpracovaný PDF tohoto článku. soubor s hladkou sazbou matematických výrazů využívající podobných efektů jako je např. 4 Elektronická prezentace ve třídě Beamer postupné vykreslování snímku, jak je zná běžný Kratší prezentace nebo prezentace bez většího uživatel Microsoft Office. množství matematického textu lze snadněji Nyní uvedeme přehled základních tříd vytvářet např. pomocí OpenOffice.org, Microsoft LaTeXu pro tvorbu preze ntací. Mezi původní Office aj. Pro náročnější uživatele se znalostí třídy patří slides , seminar , příp. foils , LaTeXu lze doporučit třídu beamer , pomocí určené pro tisk průhledných folií, které se které lze sestavit elektronické prezentace, běžný zobrazují zpětným projektorem. Talk je další článek i tisknout na průhledné folie, vše ve třídou, která umožňuje vytvářet průhledné folie, výstupním formátu PDF. Třída beamer ale i elektronické prezentace. Na rozdíl od umožňuje kontrolu nad rozložením stránek, předchozích tříd, které mají pevně daný jednotný barvou, písmem, umožňuje dynamické efekty při vzhled každé stránky prezentace, tato třída přechodu mezi jednotlivými stránkami dovoluje měnit vzhled jednotlivých stránek prezentace. Prezentace může obsahovat text, libovolně. Jednou z nejoblíbenějších tříd pro matematiku, grafiku i animace. Využívá se tvorbu prezentací v LaTeXu je prosper . standartních příkazů LaTeXu, zdrojový kód lze Obsahuje spoustu potřebných nástrojů pro tvorbu využít i v ostatních třídách typu article či kvalitních prezentací, slajdy mohou obsahovat book . Snadno se tak z učební ho textu stane různé přechodové animace, existuje mnoho prezentace a obráceně. předdefinovaných stylů, kterými lze snadno Samotný balík beamer spolu s podrobnou měnit vzhled prezentace. Nevýhodou je, že tato dokumentací [3] je volně stažitelný z internetu, třída je postavena na grafickém balíku ale je taky součástí distribuce systému LaTeX, pstricks , tedy neumožňuje přímý překlad do která obsahuje i předdefinované šablony formátu PDF pomocí pdfLaTeX. Nové možnosti a ukázkové příklady. Nejjednodušší způsob, jak a odstranění některých chyb přinesla třída začít pracovat s beamerem, je tak využít právě HAprosper , ale stejně jako prosper už není předdefinovaných šablon, kde stačí šablonu v této době technicky podporována a na základě zkopírovat do příslušného adresáře a změnit těchto dvou vznikla nová třída nazvaná pouze její obsah. Pomocí šablony nebo powerdot . Přímo s pdfLateXem spolupracuje jednoduchého ukázkového příkladu může balík TEXPower, kter ý umožňuje překryvy, i začátečník vytvořit celou řadu prezentací, stačí různé druhy animací, ale práce s ním je obtížnější k tomu znalost prostředí frame , což je ve a nemá předpřipravené styly. Není to třída zdrojovém souboru prezentace označení pro dokumentu, kompletní prezentační nástroj, ale každou jednotlivou stránku. Frame se skládá TEXPower je spíše vhodný pro kombinaci z několika základních částí, z nichž spousta je s ostatními třídami, kterým přidává různé volitelných: dynamické efekty. Vytvářet prezentace · záhlaví a zápatí, podobným způsobem umožňují i balíky · levostranné a pravostranné pruhy, pdfslide a pdfscreen . Změní vzhled PDF · navig ační pruhy, výstupu původních dokumentů pro čtení na · logo, počítačových monitorech. Mění okraje, šířku · titulek framu, a výšku stránky a další parametry, aby se · pozadí, dokum ent vešel přesně na monitor. Přitom stále · obsah. lze jednoduše přepínat na původní formát Celková podoba a vzhled framu v prezentaci je dokumentu podle právě užívané třídy. Zmínit lze dána volbou některého z předdefinovaných stylů. třeba i ppower4 naprogramovaný v jazyce Java, Ty se liší právě tím, jak vypadá záhlaví framu, nebo některé další v operačním systému Unix. zda obsahuje boční nebo horní navigační lištu, Podstatné pro všechny je, že využívají veškeré uspořádáním v navig ační liště, liší se barevným možnosti systému LaTeX, výstupem jsou stylem a dalšími detaily. Existuje několik kvalitně typograficky i graficky zpracované způsobů, jak změnit vzhled prezentace. Jednou soubory vhodné pro práci jak na počítači, tak z možností je využít různé předdefinované styly, i pro tisk. Nicméně nejlépe propracovanou třídou v beameru se nazývají themes , kde je předem 99
Journal of Tech nology and Information Education 1/2012, Volume 4, Issue 1 http://jtie.upol.cz Časopis pro technickou a informační výchovu ISSN 1803 -537X dán např. typ písma, barevné schéma, ale taky \usetheme{Warsaw} jsme vybrali jeden třeba styl odrážek ve výčtových prostředích. z předdefinovaných stylů pro celkový vzhled Zvláštní themes pak jsou jen pro typ písma, pro a uspořádání strá nek prezentace. Theme Warsaw barvy v prezentaci. Dalšími themes lze např. do definuje základní barvy modrou a černou pro framu přidat nebo naopak odebrat navigační lišty, záhlaví a zápatí, barva písma je bílá. Zápatí zde měnit jejich formát a obsah. Možnosti, jak si standardně obsahuje jména autorů a název přizpůsobit vzhled prezentace ve třídě beamer , článku, ale jeho obsah lze libovolně změnit nebo jsou rozsáhlé a není možné je tady do detailů tento prvek framu úplně odstranit. V pravém popisovat, n ení to ani cílem tohoto článku [3, 4]. dolním rohu framu je navigační lišta pro pohyb v prezentaci (viz Obr. 3, 4, 5). Tělo dokumentu 5 Ukázky prezentací ve třídě beamer mezi příkazy \begin{document} V následující části textu popíšeme zdrojový a \end{document} je určeno titulní stránkou, kód jednoduché prezentace a ukážeme výslednou jejíž obsah se definuje ještě v preambuli a dvěma po dobu PDF souboru. Dále uvedeme ukázky framy. Každé prostředí frame obsahu je název konkrétních prezentací vytvořených pro výuku a obsah, který se objeví na příslušné stránce matematiky a odbornou konferenci s využitím prezentace. Ze zdrojového souboru se pak různých předdefinovaných stylů s dalšími pomocí pdfLaTeXu vytvoří ukázka.pdf, tedy úpravami podle potřeb autorů. PDF soubor vhodný pro prezentace. Na Obr. 3, 4, 5 lze vidět výsledný výstup, jednotlivé stránky prezentace, které si krátce popíšeme vzhledem ke zdrojovému kódu na Obr. 2. V kódu se vyžívá symbolu „%“ k vytvoření poznámek, tedy následný text není zpracován při překladu pdfLaTeXem.
Obr 3: Titulní strana prezentace
Obrázek 3 ukazuje titulní stranu obsahující název prezentace, jména autorů a datum Obr 2: Obsah souboru ukazka.tex vytvoření dokumentu. Lze doplnit i další informace, např. o autorech, logo instituce a jiné. Na Obr. 2 je příklad zdrojového kódu krátké Titulní strana byla vyvolána příkazem prezentace, uložené např. v souboru ukazka.tex . V preambuli se objevují příkazy LaTeXu, kde \maketitle , který ji vytvoří jako samostatnou stranu prezentace bez nutnosti uvozovat nejprve je definována třída beamer , tedy formát v prostředí frame . Balík tikz poskytuje výstupu oproti article – článek, book – příkazy a makra pro vytváření grafiky přímo kniha. Dále pomocí příkazu \usepackage v dokumentu LaTeXu (na rozdíl od vytváření volíme různé doplňující balíčky, tedy jakési sady grafiky v externích kreslících programech). dalších maker a příkazů LaTeXu, v našem Je nezávislý na systému, tedy funguje v TeXu, případě pro zavedení českého jazyka, kódování LaTeXu aj., a spolupracuje se všemi důležitými písma a grafický balík tikz . Příkazem překladači TeXu, jako jsou zmiňované pdfLaTeX
100
Journal of Tech nology and Information Education 1/2012, Volume 4, Issue 1 http://jtie.upol.cz Časopis pro technickou a informační výchovu ISSN 1803 -537X a dvips. Výhodou je práce s příkazy jako pořadí. Výsledkem bude jeden frame skládající se u LaTeXu, velmi přesné umísťování objektů z několika slajdů, tzn. více stran prezentace. a kvalitní typografie. Na Obr. 5 si ještě všimněme rámečku s názvem, jde o prostředí block sloužící k oddělení specifických částí textu od zbytku framu, např. k zvýraznění důležitých tvrzení. Ukázková prezentace obsahuje základní prvky, které prezentace zejména z matematiky běžně obsahují. Jde o matematický text psaný odlišným typem písma, grafy funkcí, výčtová prostředí, rámečky pro zvýraznění textu. V následujícím odstavci uvedeme několik ukázek prezentací, které vznikly pro potřeby výuky matematiky, a ukazující variabilitu třídy Beamer .
Obr 4: Frame 2 prezentace
Dále Obr. 4 obsahuje matematický text, který je ve zdrojovém kódu ukázkové prezentace zapsán mezi symboly „$$“, které současně znamenají jistý styl formátování, tzn. nečíslované rovnice umístěné na střed řádku. Pro jiný styl formátování (číslované rovnice, soustavy rovnic zarovnané do sloupců, atd.) lze volit z prostředí např. equation , align , a dalších.
Obr 6: Varianta \usetheme{Antibes}
Obrázek 6 je ukázkou framu z prezentace pro střední školy vytvořené ve stylu Antibes . Protože text je členěn na kapitoly a podkapitoly, Antibes vkládá do záhlaví název prezentace, kapitoly i odpovídající podkapitoly, což pomáhá k lepší orientaci v textu. Zde frame neobsahuje název, ten by zvětšil plochu záhlaví a obsah framu by se už nevešel na výšku obrazovk y. Samotný obsah framu je členěn do dvou sloupců. V levém se po krocích odkrývá postup na Obr 5: Frame 3 prezentace vykreslení grafu a v pravém sloupci se graf vykresluje. Postupné odkrývání napomáhá Nedílnou součástí matematického textu přednášejícímu lépe vysvětlit jednotlivé kroky. i samotných prezentací jsou tzv. výčtová Obrázek 7 ukazu je slajd z prezentace pro prostředí. Slouží jednak k výpisu vlastností např. odbornou konferenci z matematiky. Je vytvořena funkce, důsledků nějakého tvrzení apod., ale taky pomocí theme Frankfurt . Jeden z rozdílů od k uspořádání informací tak, aby posluchač předchozího stylu vidíme při členění záhlaví, zde snadněji sledoval výklad. Poslední strana obsahuje i název framu a přitom zabírá téměř prezentace (Obr. 5) ukazuje prostý a číslovaný stejnou plochu a tedy na obrazovku se vejde výčet, vytvořené pomocí prostředí itemize stejné množství textu, případně dalšího obsahu. a enumerate . U těchto prostředí lze nadefinovat postupné odkrývání jednotlivých bodů, a to nejen za seb ou, ale i v libovolném
101
Journal of Tech nology and Information Education 1/2012, Volume 4, Issue 1 http://jtie.upol.cz Časopis pro technickou a informační výchovu ISSN 1803 -537X
Poslední obrázek (Obr. 9) je z prezentace, která se skládá pouze z jednoho framu, a slouží jako doplňující prezentace k hlavnímu učebnímu textu. V záhlaví je vytvořen hypertextový odkaz pro návrat zpět do učebníh o textu bez nutnosti uzavírat PDF soubor prezentace. Zajímavým prvkem této prezentace je animace představující rotaci obdélníku kolem osy vytvořená přímo v LaTeXu.
4 Závěr Třída beamer systému LaTeX je určena zejména náročnějšímu uživateli, který klade Obr 7: Varianta \usetheme{Frankfurt} důraz na vysokou strukturální úroveň a typografickou přesnost prezentovaného textu. Pokud je prezentace obsáhlejší, lze názvy Díky zabudovaným typografickým pravidlům kapitol, podkapitol, odstavců zobrazit v levém a předdefinovaným stylům formátování bude nebo pravém pruhu vedle textu. výsledkem jeho práce typograficky kvalitně zpracovaný PDF formát. Při tvorbě prezentace se využívá všech vlastností systému LaTeX, jakožto mocného nástroje pro sazbu složitějších matematických vztahů. Díky tomu je příprava prezentace pro uživatele ovládající alespoň základy LaTeXu snadná a pohodlná.
5 Literatura [1] RYBIČKA, J. LaTeX pro začátečníky. 3. vydání. Brno: Konvoj, 2003. 238 s. ISBN 80 - 7302-049-1. [2] GRÄTZER, G. What Is New in LATEX? IV. WYSIWYG LATEX. Notices of the American Mathematical Society. 2011, Vol. 58, no. 6. Obr 8: Vlastní formát prezentace [3] TANTAU, T., WRIGHT, J., MILETIĆ, V. User's guide (online). 2003÷2011 [cit. 2012 -03- Formát preze ntace na Obr. 8 vytvořil autor dle 10]. URL:< http://www.ctan.org >. vlastních potřeb, tedy změna základní barvy, [4] MERTZ, A., SLOUGH, W. Beamer by uspořádání v postranní liště a další detaily. Ve Example. The PracTEX Journal , 2005, no. 4. srovnání s předchozími formáty, boční lišta zúží šířku framu a je nutné dbát na to, aby se text do Mgr. Vladimír Polášek, Ph.D. framu vešel na šířku obrazov ky. Mgr. Lubomír Sedláček, Ph.D. Ústav matematiky Fakulta aplikované informatiky Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně Nad Stráněmi 4511 760 05, Zlín, ČR Tel: +420 576 035 057 E-mail: [email protected], [email protected] Www pracoviště: www.fai.utb.cz
Obr 9: Jednoduchý formát prezentace 102