LaTeX中theorem环境标题（如Theorem）如何加粗显示？

Question

在LaTeX中使用`amsthm`或`ntheorem`宏包定义定理环境（如`\begin{theorem}...\end{theorem}`）时，默认标题“Theorem”为直立体（upright），但**并非粗体**——这常被误认为是“加粗”，实则仅是字体系列（medium weight）。用户常困惑：“为何`\textbf{Theorem}`无效？”“如何真正让‘Theorem’以粗体（boldface）显示？”问题根源在于：标准定理样式（如`plain`）调用`\thmname{#1}`时，默认使用`\@upshape`而非`\bfseries`；直接在`\newtheoremstyle`中硬写`\textbf{#1}`会破坏交叉引用和编号格式。更棘手的是，若文档主字体为Latin Modern或Computer Modern，其bold upright变体存在，但某些字体（如`mathpazo`）可能缺失bold series，导致编译警告或降级显示。此外，`hyperref`加载顺序不当还可能引发标题链接样式冲突。如何安全、可移植地实现标题粗体化，同时兼容编号、斜体命题体与PDF书签？这是典型但易被低估的排版细节问题。

Answer 1

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1. 现象层：为何 \textbf{Theorem} 在定理标题中“失效”？

用户常尝试在 \newtheoremstyle 中直接写 \textbf{#1} 或重定义 \thmname，却导致编号错位（如 “Theorem 1.1” 变为 “Theorem 1.1”）、交叉引用丢失（\ref{thm:pythagoras} 输出空或乱码），甚至 hyperref 书签跳转异常。根本原因在于：定理样式宏（如 amsthm 的 \thmname）并非纯文本容器，而是参与编号拼接的“格式化钩子”，其参数 #1 已含语义结构（如 Theorem + 空格 + \@upshape 指令），硬套 \textbf 会破坏 LaTeX 内部的 \@ifnextchar 和 \@addpunct 机制。

2. 机制层：amsthm 与 ntheorem 的标题渲染差异

宏包	标题字体控制指令	是否支持 \bfseries 安全注入	默认 \thmname 展开
amsthm	\@upshape（非 \normalfont！）	需重定义 \thmname 并保留 \@upshape 上下文	\@upshape #1
ntheorem	\theoremheaderfont（可设为 \bfseries）	原生支持，但需规避 hyperref 冲突	\theoremheaderfont #1

3. 字体层：粗体直立（bold upright）的可移植性陷阱

并非所有字体族都提供 bx/it（bold italic）或 bx/n（bold upright）变体。例如：

• mathpazo：仅提供 mb/n（medium bold upright），\bfseries 实际降级为 \mdseries，产生警告 Font shape `OML/ppl/bx/it' undefined；
• libertinus：完整支持 bx/n，但需加载 \usepackage[tt=false]{libertinus}；
• 解决方案：统一使用 \fontseries{b}\selectfont 替代 \bfseries，并配合 \DeclareFontSeriesDefault 做 fallback。

4. 架构层：安全注入粗体的三步协议（兼容 hyperref）

1. 前置检查：用 \IfFontSeriesExists{b}{\relax}{\fontseries{m}\selectfont} 动态探测 bold series；
2. 样式重定义：对 amsthm，重写 \thmname 为：
   \renewcommand{\thmname}[1]{\fontseries{b}\selectfont #1}；
3. hyperref 适配：在 \hypersetup 中设置 pdfstringdefDisableCommands，确保 PDF 书签不渲染粗体控制符。

5. 实战层：跨宏包兼容的最小可行代码

% 兼容 amsthm & ntheorem，防 hyperref 冲突
\usepackage{amsthm}
\usepackage{iffont}
\usepackage{hyperref}

% 步骤1：安全检测 bold series
\IfFontSeriesExists{b}{%
  \renewcommand{\thmname}[1]{\fontseries{b}\selectfont #1}%
}{%
  \renewcommand{\thmname}[1]{\fontseries{m}\selectfont #1}%
}

% 步骤2：定义定理环境（保持斜体命题体）
\newtheoremstyle{boldplain}
  {\topsep}   % ABOVESPACE
  {\topsep}   % BELOWSPACE
  {\itshape}  % BODYFONT
  {0pt}       % INDENT (empty)
  {\fontseries{b}\selectfont} % HEADFONT —— 关键！
  {.}         % PUNCTUATION
  {5pt plus 1pt minus 1pt} % SPACE AFTER
  {}          % HEADSPEC

\theoremstyle{boldplain}
\newtheorem{theorem}{Theorem}

6. 验证层：Mermaid 流程图展示编译决策树

flowchart TD
    A[加载字体宏包] --> B{是否定义了 b 系列？}
    B -->|是| C[启用 \\fontseries{b}\\selectfont]
    B -->|否| D[回退至 m 系列 + 警告日志]
    C --> E[重定义 \\thmname]
    D --> E
    E --> F[检查 hyperref 加载顺序]
    F -->|最后加载| G[设置 pdfstringdefDisableCommands]
    F -->|未最后| H[报错：链接样式冲突]
    G --> I[输出 PDF：粗体标题 + 斜体正文 + 正确书签]

7. 进阶层：面向微服务文档的自动化检测方案

在 CI/CD 流水线中嵌入 LaTeX 字体健康检查脚本（Python + latexmk 日志解析）：

• 正则匹配 Font shape.*undefined 行；
• 提取缺失字体系列（如 OT1/cmss/bx/n）；
• 自动插入 fallback 声明或触发告警通知 Slack 频道。

8. 生态层：与现代排版栈的协同策略

当项目同时使用 fontspec（XeLaTeX/LuaLaTeX）、unicode-math 和 hyperref 时，必须遵循：

1. 先 \usepackage{fontspec}，再 \usepackage{amsthm}；
2. 用 \setmainfont[BoldFont={* Bold}]{Latin Modern Roman} 显式声明粗体映射；
3. 对 ntheorem，启用 hyperref 支持需加选项 \usepackage[hyperref]{ntheorem}。

9. 反模式层：五种危险的“快捷解法”及其后果

错误做法	即时表现	长期风险
在 \newtheoremstyle 中写 \textbf{#1}	编号粘连、无空格	交叉引用崩溃，cleveref 失效
全局 \renewcommand{\bfseries}{\fontseries{b}\selectfont}	数学公式粗体异常	破坏 amsmath 内部字体栈

10. 治理层：企业级 LaTeX 文档规范中的强制条款

在《技术文档排版白皮书 v2.3》中明确要求：

• 所有定理类环境标题必须通过 \fontseries{b}\selectfont 实现粗体，禁用 \textbf；
• 字体探测逻辑须封装为独立宏包 robust-thmtitle.sty，提供 \CheckBoldSeries{}{} 接口；
• PDF 输出必须通过 pdfa 模式验证，且书签层级与 \section 严格对齐。

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