はじめに

Github Pages で数式を使うには MathJax を組み込めばよいですが、できるだけ簡単に設定してみます。MathJax version 2 と、つい最近リリースされた MathJax version 3 を使ってみます。

なお、version 3 を使うにはすこしコツが必要です。最後にその補足をします。

ここでは以下のように「Github Pages のもろもろの設定は Github におまかせにしている」ことを想定します。

Github リポジトリの Settings > Github Pages > Source の None を master branch に変えただけ
- テーマは、リポジトリの Settings で設定したか，もしくはデフォルトのまま
- テーマのリポジトリを fork/clone して独自にカスタマイズしたりはしていない
各MarkdownファイルにはYAMLフロントマター（冒頭に --- で挟んで入れる設定情報）を書いていない

もちろん一番単純には、数式を使いたいMarkdownファイルに

version2

<script async src="https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/mathjax/2.7.6/MathJax.js?config=TeX-AMS_CHTML"></script>

もしくは

version3

<script async src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/mathjax@3/es5/tex-chtml.js" id="MathJax-script"></script>

を埋め込んでおけばよいだけですが、行内 (inline) で $...$ を使うなど、MathJaxのオプション設定もいろいろしたいので、それぞれのMarkdownファイルにべた書きするのは（特に数式を使いたい Markdownファイルが複数あるのであれば）手間です。

そこで以下の手順で設定します。

手順のまとめ

MathJax読み込みとオプション設定をまとめた htmlファイルを _includes/ に用意
使用中のテーマの _layouts/default.html をそのテーマのリポジトリからコピーし、1 を読み込むように編集

必ずしも default.html である必要はないですが、どのテーマにもこれはあるはずなので、以下では default.html をカスタマイズすることにします。

まとめのサンプル

以下、詳しく見ていきます。

1. MathJax の読み込みとオプション設定をまとめておく

リポジトリに _includes/ というフォルダを作り、そこに MathJax の読み込みとオプション設定をまとめて htmlファイルとして保存しておきます。

バージョン2

バージョン2 用には以下のような mathjax-v2.html を用意します（設定内容はあくまで例です）。

mathjax-v2.html

<script type="text/x-mathjax-config">
  MathJax.Hub.Config({
    tex2jax: {
      inlineMath: [['$','$'], ['\\(','\\)']],
      processEscapes: true
    },
    CommonHTML: { matchFontHeight: false },
    displayAlign: "left",
    displayIndent: "2em",
    TeX: {
      equationNumbers: { autoNumber: "AMS" },
    }
  });
</script>
<script async src="https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/mathjax/2.7.6/MathJax.js?config=TeX-AMS_CHTML"></script>

バージョン3

続いてバージョン3ですが、こちらは以下のような mathjax-v3.html を用意します。MathJax v3 のオプション設定は、バージョン2から大幅に変わりましたが、こちらに変換ツールが用意されています。あとはドキュメントを読む感じでしょうか。

以下は自動生成された設定スクリプトを、さらに改変したものです。

mathjax-v3.html

<script>
    MathJax = {
      tex: {
        inlineMath: [['$','$'], ['\\(','\\)']],
        processEscapes: true,
        tags: "ams",
        autoload: {
          color: [],
          colorV2: ['color']
        },
        packages: {'[+]': ['noerrors']}
      },
      chtml: {
        matchFontHeight: false,
        displayAlign: "left",
        displayIndent: "2em"
      },
      options: {
        renderActions: {
          /* add a new named action to render <script type="math/tex"> */
          find_script_mathtex: [10, function (doc) {
            for (const node of document.querySelectorAll('script[type^="math/tex"]')) {
              const display = !!node.type.match(/; *mode=display/);
              const math = new doc.options.MathItem(node.textContent, doc.inputJax[0], display);
              const text = document.createTextNode('');
              node.parentNode.replaceChild(text, node);
              math.start = {node: text, delim: '', n: 0};
              math.end = {node: text, delim: '', n: 0};
              doc.math.push(math);
            }
          }, '']
        }
      },
      loader: {
        load: ['[tex]/noerrors']
      }
    };
</script>
<script async src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/mathjax@3/es5/tex-chtml.js" id="MathJax-script"></script>

MathJax の読み込み時に async を入れました。ignoreHtmlClass や processHtmlClass もデフォルト値なので削除。options の renderActions が非常に重要ですが、これは後で説明します。

それぞれのオプションの意味は、以下のページに詳細な説明があります。

tex（入力関係）: http://docs.mathjax.org/en/latest/options/input/tex.html
chtml（出力関係）: http://docs.mathjax.org/en/latest/options/output/chtml.html
options（解析処理関係）: http://docs.mathjax.org/en/latest/options/document.html
loader（コンポーネント読み込み関係）: http://docs.mathjax.org/en/latest/options/startup/loader.html
その他ここにはないものもいろいろあります（ドキュメントを参照してください）。

2. _includesに用意したhtmlを読み込むよう設定する

Github のヘルプにある「Customizing your theme's HTML layout」を参考に、_layouts/default.html だけ自前のリポジトリに用意してオーバライドします。

使用している Github Pages のテーマを確認する。
以下のページから使用テーマに対応するリポジトリを見つける。
- https://github.com/pages-themes/ （デフォルトのテーマは primer）
2のリポジトリをたどって _layouts/default.html をコピーする（rawで表示するとコピーしやすい）。
自分のリポジトリに _layouts/default.html を新規作成し、3の内容を貼り付ける。
4 で作成した default.html の <head>...</head> の中に {% include mathjax-v3.html %} を追加する。（バージョン2ならば mathjax-v2.htmlを指定）
default.html
```
...
    {% include mathjax-v3.html %}
</head>
...
```

あとは適当に数式を書いたMarkdownファイルを用意しておき，push すると（少し待てば）数式が表示されるようになります。

補足: バージョン3での renderActions の指定について

options に renderActions を指定しています。これがないと、$$...$$ で囲った数式が表示されません。理由は次の通りです。

MathJax バージョン2 では、いったんプリプロセッサが、ドキュメント内の数式を <script type="math/tex">数式</script> のような中間表現に置き換え、次の段階でその中身を処理していた。
- Markdown や Wiki などの MathJax 外部の各種自動変換プログラムでも、<script type="math/tex"> を直接出力することが推奨されていた。
  - https://docs.mathjax.org/en/v2.7-latest/advanced/model.html#how-mathematics-is-stored-in-the-page
- そういう理由もあってか、Jekyll (Kramdown) も、MathJax の変換に先立って $$...$$ を <script type="math/tex; mode=display">...</script> に変換していた。
しかし、バージョン3は処理方法ががらっと変わって <script type="math/tex"> の中間表現は使われなくなった。結果、元から中間表現で挟まれている数式が処理対象外に！（そういう仕様とのことでした）
- https://github.com/mathjax/MathJax/issues/2220
したがって、少なくとも現時点では、明示的に script type="math/tex" も処理対象であることを指定する必要がある。
- http://docs.mathjax.org/en/latest/upgrading/v2.html#changes-in-the-mathjax-api （この最後の項目）
- http://docs.mathjax.org/en/latest/options/document.html#document-renderactions
- もちろん \\[...\\] だけを使うという選択肢もあり。この場合は renderActions の設定は不要。

<script type="math/tex"> の形式を出力するプログラムは他にもあるだろうから、今後もう少し簡単に設定できるようになることを期待・・・