如何为LaTeX矩阵添加标题？规避表格形式及报错问题

错误原因分析 #

1. \caption outside float报错：\caption命令仅支持在浮动环境（如figure、table）中使用，equation不属于浮动环境，直接在其中调用\caption会触发错误。
2. undefined control sequence（\captionof）报错：\captionof命令来自caption宏包，你未导入该包，导致命令未定义。

可行解决方案 #

以下两种方案均无需将矩阵转为表格，保留equation环境的数学排版效果：

方案1：用浮动环境包裹equation（推荐，自动编号）

通过figure浮动环境包裹equation，既能保留公式的自动编号，又能使用\caption添加标题：

\documentclass{article}
\usepackage{amsmath}
\usepackage{caption} % 必须加载的依赖包
\begin{document}

\begin{figure}[htbp]
    \centering
    \begin{equation}
        \begin{bmatrix}
        \cos\theta_i  & -\sin\theta_i \cdot \cos\alpha_i & \sin\theta_i \cdot \cos\alpha_i & l_n \cdot \cos\theta_i \\
        \sin\theta_i  & \cos\theta_i \cdot \cos\alpha_i & -\cos\theta_i \cdot \sin\alpha_i & l_n \cdot \sin\theta_i \\
        0            & \sin\alpha_i & \cos\alpha_i & d_i \\
        0            & 0 & 0 & 1           
        \end{bmatrix}
    \end{equation}
    \caption{HTM of Manipulator} % 自动生成标题编号，如需自定义可改用\caption*{Matrix 3.1: HTM of Manipulator}
\end{figure}

\end{document}

方案2：用minipage+\captionof（无浮动，手动控制位置）

如果不想使用浮动环境，可将equation放在minipage中，搭配\captionof添加标题：

\documentclass{article}
\usepackage{amsmath}
\usepackage{caption} % 必须加载的依赖包
\begin{document}

\begin{minipage}{\linewidth}
    \centering
    \begin{equation}
        \begin{bmatrix}
        \cos\theta_i  & -\sin\theta_i \cdot \cos\alpha_i & \sin\theta_i \cdot \cos\alpha_i & l_n \cdot \cos\theta_i \\
        \sin\theta_i  & \cos\theta_i \cdot \cos\alpha_i & -\cos\theta_i \cdot \sin\alpha_i & l_n \cdot \sin\theta_i \\
        0            & \sin\alpha_i & \cos\alpha_i & d_i \\
        0            & 0 & 0 & 1           
        \end{bmatrix}
    \end{equation}
    \captionof{figure}{Matrix 3.1: HTM of Manipulator} % 可完全自定义标题内容与编号
\end{minipage}

\end{document}

额外修正提示 #

你的原代码中有几处小问题：

• ln应改为l_n（LaTeX中数学下标需用_实现）；
• sin应改为\sin（LaTeX内置数学函数命令，需加反斜杠以正确排版）；
• 第三行的\sin\theta_i \cdot \cos\alpha_i疑似笔误，修正为\sin\alpha_i（符合DH参数矩阵的标准形式）。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者SohaibAJ