LaTeX 수식 번호와 참조 — \label과 \eqref

논문이나 보고서의 본문에서 “위 식 (3) 에 의하면…” 처럼 식을 끌어다 쓰는 순간, 수동으로 번호를 적기 시작하면 식 한 줄을 새로 끼울 때마다 본문의 모든 번호를 다시 손봐야 합니다. LaTeX 는 이 작업을 통째로 자동화합니다. 수식 번호 자동 매기기 + \label 로 이름 붙이기 + \eqref 로 본문에서 참조 — 이 세 가지 조합만 손에 익히면, 식 순서가 어떻게 바뀌어도 본문 번호가 알아서 맞아 들어갑니다.

이전 글까지 인라인·디스플레이 두 모드와 다섯 가지 핵심 명령어, 그리스 문자·수학 기호까지 정리했다면, 이번 글은 그 식들을 본문 흐름과 연결하는 마지막 한 단계 입니다. 코드와 출력 비교, 함정 사례, 권장 작명 관례까지 한 번에 짚습니다.

1. 왜 자동 번호인가 — 수동 번호의 한계

equation 환경에 들어간 식은 LaTeX 가 자동으로 (1), (2), (3) 순서대로 번호를 매깁니다. 본문에서 식을 가리킬 때는 그 번호를 직접 적는 게 아니라 식에 붙인 이름 으로 참조합니다. 이게 왜 중요한지부터 짚어봅시다.

수동으로 번호를 적으면 두 가지 문제가 거의 매번 터집니다.

식을 한 줄 끼우면 뒤 번호가 모두 밀린다. 5개 식을 (1)~(5) 라고 본문에 적어 두었는데, (2) 와 (3) 사이에 새 식을 끼우면 본문의 (3)~(5) 가 전부 (4)~(6) 으로 바뀝니다. 찾아서 고치는 데 한 식당 1분, 깜빡 놓치면 본문 흐름이 깨집니다.
다른 사람과 협업할 때 번호가 어긋난다. 공저자가 식을 추가하면 본문 번호도 같이 맞춰 줘야 하는데, 누가 어디서 손댔는지 추적이 안 됩니다.

LaTeX 의 해법은 단순합니다. 식에 사람이 읽을 수 있는 이름을 붙이고, 본문에서는 그 이름으로 식을 부른다. 번호는 컴파일러가 알아서 매깁니다.

  
\begin{equation}
  F = ma \label{eq:newton}
\end{equation}

뉴턴의 제2법칙 \eqref{eq:newton} 에 따르면, 힘은 질량과 가속도의 곱입니다.

출력:

\[F = ma \tag{1}\]

뉴턴의 제2법칙 (1) 에 따르면, 힘은 질량과 가속도의 곱입니다.

식 앞뒤로 다른 식이 100개가 추가되어도 본문의 \eqref{eq:newton} 는 자동으로 그 시점의 새 번호로 다시 그려집니다. 식 순서를 바꿔도, 다른 장으로 옮겨도 마찬가지입니다.

2. equation 환경의 자동 번호

equation 환경은 디스플레이 수식을 감싸는 가장 기본적인 환경이며, 자동으로 번호를 매깁니다.

  
\begin{equation}
  E = mc^2
\end{equation}

\begin{equation}
  \int_0^1 x^2 \, dx = \frac{1}{3}
\end{equation}

출력:

\[E = mc^2 \tag{1}\] \[\int_0^1 x^2 \, dx = \frac{1}{3} \tag{2}\]

별표 (*) 가 붙은 equation* 환경은 같은 모양으로 식을 띄우되 번호를 매기지 않습니다.

  
\begin{equation*}
  e^{i\pi} + 1 = 0
\end{equation*}

출력:

\[e^{i\pi} + 1 = 0\]

본문에서 굳이 부를 일이 없는 식은 equation* 로 처리하는 게 깔끔합니다. 모든 식에 번호를 매기면 본문이 산만해지고 정작 중요한 식의 번호가 묻혀버리는 역효과가 납니다. 책의 관례는 본문에서 한 번이라도 끌어다 쓸 식만 번호 입니다.

별표가 붙은 환경 (* variant) 은 equation 외에도 align*, gather*, multline* 처럼 amsmath 의 거의 모든 수식 환경에 공통으로 존재합니다. 의미는 동일 — “번호 없음”.

3. \label 로 식에 이름 붙이기

자동으로 매겨진 번호를 본문에서 끌어다 쓰려면, 그 식에 \label{이름} 을 붙입니다.

  
\begin{equation}
  F = ma \label{eq:newton}
\end{equation}

\label{eq:newton} 의 의미는 “바로 이 식의 번호를 eq:newton 이라는 이름으로 기억해 두라” 입니다. 본문에서 \eqref{eq:newton} 라고 적으면, LaTeX 가 그 자리에 식 번호를 다시 그려 줍니다.

\label 위치

\label 은 식 환경 안에 두는 게 안전합니다. equation 환경 안의 어디에 두든 같은 식 번호를 가리키므로, 식 끝에 붙이는 게 관례입니다.

  
% 권장
\begin{equation}
  F = ma \label{eq:newton}
\end{equation}

% 가능하지만 비권장 — 의도가 흐림
\begin{equation} \label{eq:newton}
  F = ma
\end{equation}

align 환경처럼 줄마다 번호가 매겨지는 환경에서는 \label 이 같은 줄에 있어야 그 줄 번호를 가리킵니다. 자세한 내용은 4 절에서 다룹니다.

작명 관례 — eq:, fig:, tab: 접두어

\label 의 이름은 사람이 읽기 위한 것이므로 자유롭게 정할 수 있습니다. 그러나 학계에서 통용되는 접두어 관례 가 있어 따르는 게 협업에 좋습니다.

접두어	대상
`eq:`	수식 (equation)
`fig:`	그림 (figure)
`tab:`	표 (table)
`sec:`	절·장 (section)
`chap:`	장 (chapter)
`thm:`	정리 (theorem)

예: eq:newton, fig:histogram, tab:results, sec:method. 접두어 자체는 필수 아니지만, 본문에 \eqref{newton} 만 적혀 있으면 그게 식인지 그림인지 헷갈리고, 100 페이지짜리 문서가 되면 검색·관리가 어려워집니다.

이름에는 공백 대신 하이픈이나 콜론·언더스코어를 씁니다. 한국어는 피하고 영문 소문자로 — \label{eq:뉴턴법칙} 은 동작하지만 다른 사람·도구가 깨질 위험이 있습니다.

4. \eqref 와 \ref 의 차이

본문에서 식 번호를 다시 그릴 때 명령어가 두 가지입니다.

  
% \ref — 괄호 없이 숫자만
\ref{eq:newton}

% \eqref — 괄호 포함
\eqref{eq:newton}

명령어	출력	권장 용도
`\ref{eq:newton}`	`1`	일반 참조 (그림·표·절 번호 등)
`\eqref{eq:newton}`	`(1)`	수식 번호 전용 — 자동으로 괄호

수식 번호는 본문에 등장할 때 거의 항상 괄호와 함께 적습니다. (1) 에 의하면... 같은 식이죠. 그래서 수식 참조는 \eqref 가 정답입니다. \ref 를 쓰고 손으로 괄호를 적으면 (\ref{eq:newton}) 처럼 어색해집니다.

  
% 권장
뉴턴의 제2법칙 \eqref{eq:newton} 에 의하면 ...

% 비권장 — 같은 결과지만 손이 한 번 더 감
뉴턴의 제2법칙 (\ref{eq:newton}) 에 의하면 ...

그림·표 참조는 보통 괄호 없이 적으므로 \ref 가 자연스럽습니다.

  
% 그림 참조 — \ref 가 자연스러움
그림 \ref{fig:histogram} 의 분포에서 보듯이 ...

% \eqref 를 쓰면 어색
그림 \eqref{fig:histogram} 의 분포에서 보듯이 ...  % → 그림 (3) 의 분포...

요약: 수식은 \eqref, 그 외는 \ref.

5. amsmath 패키지 — \eqref 의 전제

\eqref 는 LaTeX 표준 명령어가 아닙니다. amsmath 패키지가 제공합니다. 프리앰블에 다음 한 줄을 추가해야 합니다.

  
\usepackage{amsmath}

amsmath 가 없으면 \eqref 호출 시 Undefined control sequence 오류가 납니다.

! Undefined control sequence.
l.42 식 \eqref
              {eq:newton} 에 의하면 ...

LaTeX 본문을 진지하게 쓸 거라면 amsmath 는 거의 무조건 들어갑니다. 이 패키지는 align, gather, multline, cases, \text{} 같은 환경·명령어도 함께 제공하기 때문에, 수식 글의 사실상 기본 패키지입니다. 책의 6장 이후로 다루는 수식 명령어의 절반 이상이 amsmath 의 자산입니다.

6. align 안에서 일부 줄만 번호 빼기 — \nonumber, \notag

여러 줄짜리 수식을 정렬해서 적을 때 쓰는 align 환경은 줄마다 번호를 매깁니다.

  
\begin{align}
  a^2 + b^2 &= c^2 \label{eq:pyth} \\
  c &= \sqrt{a^2 + b^2}
\end{align}

출력:

$\begin{aligned} a^2 + b^2 &= c^2 \\ c &= \sqrt{a^2 + b^2} \end{aligned}$ $\tag{3, 4}$

(MathJax 환경에서는 줄별 번호를 정확히 시뮬레이션하기 어려워 묶어 표기했습니다. 실제 LaTeX 컴파일에서는 위 두 줄이 각각 (3) 과 (4) 로 매겨집니다.)

본문에서 끌어다 쓸 식이 위 두 줄 중 첫 줄뿐이라면, 둘째 줄에는 번호가 필요 없습니다. 이때 \nonumber 또는 \notag 를 그 줄에 붙입니다.

  
\begin{align}
  a^2 + b^2 &= c^2 \label{eq:pyth} \\
  c &= \sqrt{a^2 + b^2} \notag
\end{align}

\nonumber 와 \notag 는 같은 동작을 합니다. \notag 가 amsmath 에서 도입된 신형이고 권장 형태이지만, 둘 다 동작합니다.

전체 align 의 모든 줄에 번호를 매기지 않으려면 별표 환경 align* 을 씁니다.

  
% 모든 줄에 번호 없음
\begin{align*}
  a^2 + b^2 &= c^2 \\
  c &= \sqrt{a^2 + b^2}
\end{align*}

선택 규칙:

다 번호 필요 → align
다 번호 필요 없음 → align*
일부만 필요 → align + 나머지에 \notag

7. \tag — 사용자 정의 표식

가끔 식 번호 대신 (★) 이나 (i) 같은 사용자 정의 표식을 쓰고 싶을 때가 있습니다. 책에서 강조 식을 표시하거나, 동일 식을 다른 맥락에서 다시 보일 때 등입니다. 이때 \tag{...} 를 씁니다.

  
\begin{equation}
  E = mc^2 \tag{$\star$}
\end{equation}

출력:

\[E = mc^2 \tag{$\star$}\]

\tag 가 붙은 식은 자동 번호 카운터를 소비하지 않습니다. 즉 위 식 다음에 나오는 equation 의 자동 번호는 (n+1) 이 아니라 (n) 그대로 이어집니다. 표식만 바뀐 식이라고 LaTeX 에게 알려주는 셈입니다.

  
\begin{equation}
  a + b = c
\end{equation}                       % (1)

\begin{equation}
  E = mc^2 \tag{$\star$}
\end{equation}                       % (★) — 자동 번호 카운터 소비 안 함

\begin{equation}
  x + y = z
\end{equation}                       % (2) — 그래서 여기는 (3) 이 아니라 (2)

같은 식을 다른 장에서 다시 보여줄 때 \tag 로 원래 번호를 강제로 가져오면 독자가 헷갈리지 않습니다. 자주 쓰는 패턴은 아니지만, 알아 두면 막힐 때 풀 카드가 됩니다.

8. 두 번 컴파일해야 번호가 맞는다

LaTeX 의 \eqref 가 작동하는 원리는 두 단계 컴파일 입니다.

첫 번째 컴파일 — 본문을 한 번 훑으며 모든 \label 의 이름과 그 시점의 번호를 .aux 파일에 적어둡니다. 이 시점에 \eqref 는 아직 무슨 번호를 그려야 할지 모르므로 임시로 ?? 을 출력합니다.
두 번째 컴파일 — .aux 의 라벨 표를 읽어 본문의 모든 \eqref 자리에 실제 번호를 채워 넣습니다.

처음 컴파일했을 때 본문에 ?? 이 보이거나 다음 경고가 나오면 한 번 더 컴파일 하면 됩니다.

LaTeX Warning: Reference `eq:newton' on page 1 undefined on input line 42.
LaTeX Warning: Label(s) may have changed. Rerun to get cross-references right.

대부분의 LaTeX 편집기 (Overleaf, TeXstudio 등) 는 이 과정을 자동으로 두 번 돌립니다. 그래서 익숙해지면 신경 쓸 일이 거의 없지만, 작동 원리를 알고 있으면 갑자기 (1) 이 (??) 로 나올 때 당황하지 않습니다.

9. 자주 하는 실수 5가지

실수 1: \label 빼먹기

  
% 라벨이 없어 본문에서 부를 수 없음
\begin{equation}
  F = ma
\end{equation}

% 본문에서 \eqref{eq:newton} → "??" 출력

식을 적은 직후 본문에 \eqref{...} 가 등장한다면, 식에 \label{...} 도 함께 박는 습관을 들이면 안전합니다.

실수 2: amsmath 패키지 누락

프리앰블에 \usepackage{amsmath} 가 없으면 \eqref 가 동작하지 않습니다. Undefined control sequence 가 뜨면 가장 먼저 패키지 로드를 의심하세요.

실수 3: 라벨 이름 오타

  
\begin{equation}
  F = ma \label{eq:newton}
\end{equation}

% 본문 — 'n' 빠짐
... 뉴턴의 제2법칙 \eqref{eq:ewton} ...   % → (??) 출력

LaTeX 가 eq:ewton 라벨을 못 찾아서 ?? 을 출력합니다. 라벨 이름은 짧고 분명하게 — 그래야 오타 가능성이 줄어듭니다.

실수 4: 한 식에 \label 두 번

equation 환경 안에 \label 을 두 번 적으면, 두 번째 라벨이 첫 번째를 덮습니다. 의도한 결과가 아니라면 의문의 본문 참조 깨짐이 됩니다. 한 식에는 라벨 하나 — 원칙입니다.

align 처럼 줄마다 번호 매기는 환경에서는 줄마다 별도 \label 을 붙일 수 있습니다 — 이건 정상입니다.

  
\begin{align}
  a^2 + b^2 &= c^2 \label{eq:pyth-1} \\
  c &= \sqrt{a^2 + b^2} \label{eq:pyth-2}
\end{align}

실수 5: 라벨이 식 환경 밖에 있음

  
% 틀린 예 — \label 이 식 환경 밖
\begin{equation}
  F = ma
\end{equation}
\label{eq:newton}     % → 식 번호가 아니라 절 번호 등 직전 카운터 참조

\label 은 식 환경 안쪽에 둬야 그 식의 번호를 가리킵니다. 환경 밖에 두면 직전에 카운터가 증가한 다른 객체 (절 번호 등) 를 가리킬 수 있어 결과가 묘하게 어긋납니다.

정리

명령어	역할
`equation`	자동 번호 매기는 디스플레이 식 환경
`equation*`	번호 없는 디스플레이 식 환경
`\label{eq:name}`	식에 이름 붙이기 (식 환경 안에 둘 것)
`\eqref{eq:name}`	본문에서 식 번호 참조 — `(1)` 형태
`\ref{eq:name}`	본문 참조 — `1` 형태 (식 외 객체용)
`\nonumber` / `\notag`	`align` 안에서 그 줄만 번호 빼기
`\tag{...}`	사용자 정의 표식 (자동 번호 카운터 보존)
`\usepackage{amsmath}`	`\eqref` · `\notag` · `align` 전제 패키지

세 가지 원칙만 챙기면 식 번호 작업이 자동화됩니다.

본문에 끌어다 쓸 식에만 번호 — 나머지는 equation* 또는 align + \notag.
수식 참조는 \eqref — 그림·표·절은 \ref.
라벨 접두어 관례 (eq:, fig:, tab:) 를 지키기 — 협업·검색·관리에 큰 차이.

\label 과 \eqref 의 조합은 LaTeX 가 워드 프로세서보다 본문 구조 작업에서 결정적으로 앞서는 지점입니다. 식을 끼우든 빼든 옮기든, 본문 번호가 알아서 맞아 들어가는 안정감 — 이게 100 페이지짜리 논문을 손수 손보지 않아도 되게 해주는 메커니즘입니다.

다음 글에서는 이 수식 작업들 사이에서 가장 자주 발생하는 5가지 실수 패턴과 해결법 — 첨자 중괄호 빼먹기부터 함수 이름 이탤릭체까지 — 을 한 번에 정리합니다.

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