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为什么 $x \in X$ 中的所有符号都有自己的基线？

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为什么 $x \in X$ 中的所有符号都有自己的基线？

当仔细观察一些集合算术时，我意识到以下最小示例中的所有三个符号都在这里（便携式 MiKTeX、Windows 7 x64 上的 pdfLaTeX）以不同的垂直位置呈现：

\documentclass{article}
\begin{document}
$x \in X$
\end{document}

放大的屏幕截图，在 Adob​​e Acrobat Pro 9 中查看（手动添加红线）：

$x \in X$

问题：（为什么）这是理所当然的吗？我天真的观点至少期望$x$和$X$共享相同的基线。

答案1

这是一种设计选择，理由如下：当字形底部弯曲（且未放大到巨大尺寸）时，从视觉上看，如果字形的曲线略微低于基线，则它们似乎更贴近基线。这种精细调整在示例中使用的 Computer Modern 字体中随处可见。当顶部弯曲时也会发生这种情况：字形声明的高度可能略小于墨水的实际范围。

$x$这解释了放大后看起来略低于基线的 事实。

至于$\in$，数学关系通常设计为垂直居中于数学轴，这是一条大约高于基线一半 x 高度的假想线。基线本身无关紧要。它本来可以选择为数学轴高度的两倍，然后它就会位于基线上，但 Knuth 选择将其放大。在我看来，如果它小一点会更好看。

答案2

一张图片来完成丹的精彩回答：

在此处输入图片描述

\documentclass{article}
\usepackage[margin=0pt,paperwidth=1.3cm,paperheight=0.8cm]{geometry}
\usepackage{xcolor}
\usepackage{graphicx}

% Draw a line showing a font metric
%  #1 color, #2 vertical position, #3 label
\newcommand{\drawmetric}[3]{%
  \rlap{%
    \color{#1}\rule[#2]{1cm}{0.05pt}%
    \raisebox{#2}{\scalebox{0.3}{\tiny\selectfont\sffamily #3}}%
  }%
}
\newcommand\drawallmetrics{%
  \drawmetric{red}{0pt}{baseline}%
  \drawmetric{blue}{1ex}{x-height}%
  \drawmetric{red}{\fontcharht\font`X}{cap-height}%
  \drawmetric{cyan}{\the\fontdimen22\textfont2}{math axis}%
}

\begin{document}

% Draw the metrics and some math
\noindent\rlap{$x \in X$}\drawallmetrics{}

% Draw the metrics and some text
\noindent\rlap{xoXO}\drawallmetrics{}
\end{document}

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