やりたいこと

$$a \left( \sum \text{長い数式} + \text{長い数式} \right)$$

a \left( \sum \text{長い数式} + \text{長い数式} \right)

というタイプの数式を適切に改行したい。

案1 安直に改行する

\begin{align}
	a \left( \sum \text{長い数式} 
	\\
	+ \text{長い数式} \right)
\end{align}

このようにすると

Undefined control sequence.

とエラーが出てしまいます。
これは\left(と\right)の間で改行を挟んだためです。
そこで次の案を検討します。

案2 `\left.`, `\right.` を使う

\begin{align}
	a \left( \sum \text{長い数式} \right.
	\\
	\left. + \text{長い数式} \right)
\end{align}

確かに改行は出来ています。
しかし括弧の大きさが不揃いであり見栄えが悪いです。

この問題は $\sum$ \sum の上下に文字を配置すると一層顕著となります。

この問題に対処するのが本記事の目的です。

解決策1 大きさが固定されている括弧を使う

\begin{align}
	a \Big( \sum \text{長い数式} \right.
	\\
	\left. + \text{長い数式} \Big)
\end{align}

上手くできています。
しかし括弧の中身に合わせて一々大きさを揃えるのは手間です。
せっかくなので大きさを自動制御してくれる括弧 \left( を使った方法を考えましょう。

解決策2 `\phantom` でダミーの空白を入れる

いよいよ本命の方法を紹介します。
\vphantom{hoge} というコマンドは hoge と同じ高さで幅が0の空白を挿入する効果があります。
これを使い、 $\sum$ \sum と同じ高さで幅が0の空白を挿入するのです。

なお、 \vphantom や関連するコマンドの \phantom, \hphantom の使いかたは [LaTeX] \phantom でいい感じに揃えるが非常に参考になります。

\begin{align}
	a \left( \sum \text{長い数式} \right.
	\\
	\left. + \vphantom{\sum} \text{長い数式} \right)
\end{align}

$\sum$ \sum の上下に文字がある場合も同様です。

\begin{align}
	a \left( \sum_{n=1}^\infty \text{長い数式} \right.
	\\
	\left. + \vphantom{\sum_{n=1}^\infty} \text{長い数式} \right)
\end{align}

これで改行を含む括弧の大きさを揃えることが出来ました！

応用

\begin{align}
A &= ab \\
&= a \left( \sum \text{長い数式} + \text{長い数式} \right)
\end{align}

のように、 align 環境中で &= を用いて $=$ で揃えている状況で、括弧の内部で改行することを考えてみます。

上のように \vphantom を用いてみます。

\begin{align}
A &= ab 
\\
&= a \left( \sum \text{長い数式} \right. 
\\
& \left. \vphantom{\sum} + \text{長い数式} \right)
\end{align}

するとこのように、最後の行の開始位置が左に行き過ぎてしまいます。
このようなことが起こってしまうのは &= を用いて $=$ のところで揃えているためです。

左括弧の真下から最後の行を開始するには、その分の空白を \phantom を用いて空けてあげれば良いです。
（このテクニックを筆者は上述した記事 [LaTeX] \phantom でいい感じに揃える, 少し凝った例で知りました。）

\begin{align}
A &= ab 
\\
&= a \left( \sum \text{長い数式} \right. 
\\
&\phantom{{}= a \left( \right.} 
\left. \vphantom{\sum} + \text{長い数式} \right)
\end{align}

これで万事解決です！