Warum ist mein Primzeichen zu niedrig? Und: Warum werden meine Indizes nicht entsprechend skaliert, wenn ich \scriptsize verwende?

Warum ist mein Primzeichen zu niedrig? Und: Warum werden meine Indizes nicht entsprechend skaliert, wenn ich \scriptsize verwende?

Ich habe zwei (vielleicht einfache) Fragen zu folgendem LaTeX-Dokument

\documentclass{scrartcl}
\usepackage[ansinew]{inputenc}
\usepackage[T1]{fontenc}                                
\usepackage{tikz}                                               
\usepackage{pgfplots}                                       
\usetikzlibrary{intersections, calc}

\makeatletter
\DeclareMathSizes{\@xipt}{\@xipt}{6}{5}
\makeatother

\begin{document}
This is a nice picture with $\underline{U}_\mathrm{N}$, $U_\mathrm{L}$, $\varphi_\mathrm{U}$ and $\varphi_\mathrm{L}.$  

\begin{tikzpicture}
    \def\angle{acos(0.95)}

    \draw[->, name path=ul] (0,0) --  (5,0) coordinate (A) node[near end, anchor=north] {$U_\mathrm{L}$};
    \draw[->, name path=ux] (A) -- +({90-\angle}:3) coordinate (B) node[midway, anchor=west] {$\mathrm{j} \, X_\mathrm{N} \, \underline{I}$};
    \draw[->, name path=un] (0,0) -- (B) node[near end, anchor=south east] {$\underline{U}_\mathrm{N}$};
    \draw[->, name path=i] (0,0) -- +({-\angle}:1.5) coordinate (C) node[near end, anchor=north east] {$\underline{I}$};

    \path (0,0) let \p1 = ($(B)$) in +(15:{veclen(\x1,\y1)}) coordinate (D);
    \draw[gray, dashed, name path=circ] let \p1 = ($(B)$) in (D) arc (15:50:{veclen(\x1,\y1)});

    \draw[->, gray, name path=ii] (C) -- +({-\angle}:0.5) coordinate (CC) node[anchor=north east] {$\underline{I}'$};
    \draw[->, gray, name path=uull] (0,0) -- (4,0) coordinate (AA) node[near end, anchor=south] {$U'_\mathrm{L}$};
    \path[name path=uuxx] (AA) -- +({90-\angle}:8);
    \draw[->, gray, name intersections={of=uuxx and circ}] (AA) -- (intersection-1) coordinate (BB);
    \draw[->, gray, name path=uunn] (0,0) -- (BB) node[near end, anchor=south east] {$\underline{U}'_\mathrm{N}$};

    \draw[->] (1,0) let \p1 = ($(B)$) in arc (0:{atan(\y1/\x1)}:1) node[midway, anchor=west] {\scriptsize{$\varphi_\mathrm{U}$}};
    \draw[->] (1,0) let \p1 = ($(C)$) in arc (0:{atan(\y1/\x1)}:1) node[near end, anchor=west] {\scriptsize{$-\varphi_\mathrm{L}$}};
\end{tikzpicture}

\end{document}}

was in etwa Folgendes ergibt:

MWE

  1. Warum ist das Primzeichen von $U'_\mathrm{L}$im Tikz-Bild niedriger als das von $\underline{U}'_\mathrm{N}$? (Letztere Primzeichenpositionierung scheint mir richtig zu sein...) Offensichtlich muss dies etwas mit dem \underlineBefehl zu tun haben - aber was kann ich tun, um das Problem dieser falschen Platzierung des Primzeichens zu lösen? Das Anheben des Primzeichens durch Schreiben $U^{'}_\mathrm{L}$hebt es zu weit nach oben - und ist höchstwahrscheinlich sowieso nicht die optimale Lösung für dieses Problem.
  2. Normalerweise reduziere ich \DeclareMathSizes{\@xipt}{\@xipt}{6}{5}die Größe von Indizes und Subindizes im Mathematikmodus. Das scheint jedoch nicht zu funktionieren, wenn ich es \scriptsize{}in der Mathematikumgebung verwende, wie man an der Winkelbeschriftung sehen kann: Das U und das L in den Winkelbeschriftungen sind deutlich größer als in der Textzeile über dem Diagramm. Ich vermute, das liegt an meiner „statischen“ Einstellung, in \DeclareMathSizes{\@xipt}{\@xipt}{6}{5}der ich die Größen auf die festen Werte 6 und 5 eingestellt habe? Wenn ja, wie kann ich die Größe von Indizes und Subindizes im Mathematikmodus flexibler reduzieren? Das Schreiben \DeclareMathSizes{\@xipt}{\@xipt}{0.8*\@xipt}{0.7*\@xipt}hat nicht funktioniert...

Antwort1

Die Primzeichen sind nicht zu niedrig, sondern zu klein: Sie fordern, dass Tief-/Hochstellungen der ersten Ebene 6 pt groß sind, was neben einem Symbol der Größe 11 pt zu klein ist.

Wenn man 80 % von 11pt berechnet, erhält man 8,8pt, und die Standardgröße für Hoch-/Tiefstellung der ersten Ebene für 11pt beträgt 8pt. Natürlich braucht man beliebig skalierbare Schriftarten, damit das funktioniert ( \usepackage{lmodern}zum Beispiel); rechnen Sie einfach nach:

\DeclareMathSizes{\@xipt}{\@xipt}{8.8}{7.7}

(aber diese Werte sind meiner Meinung nach zu groß und ich würde die Standardeinstellung beibehalten). Die Schriftgröße für tiefgestellte Zeichen ist die gleiche wie für hochgestellte Zeichen und das lässt sich nicht vermeiden. Sie können große tiefgestellte Zeichen (normalerweise Großbuchstaben) etwas nach unten verschieben, indem Sie ein Dummy-Hochgestellt angeben: Vergleichen Sie

$a_{X} a^{}_{X}$

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