Re: dimensione font ridotta di equazioni in array

Regola generale: se LaTeX rimpicciolisce il font è perché il font deve essere rimpicciolito. Se vuoi forzare un comportamento diverso devi avere non buoni ma ottimi motivi, e chiederti almeno 50 volte se veramente conosci la tipografia meglio di LaTeX.

Detto questo, il comportamento che ottieni è dato dall’uso di array laddove non serve. Cerca fra i moltissimi ambienti di amsmath uno più adatto (i primi che mi vengono in mente sono alignat e split ad esempio, ma ce ne sono molti altri che possono fare al caso tuo).

Infine, se proprio (ma te lo sconsiglio caldissimamente) vuoi usare array con un formato displaystyle invece che textstyle, metti prima di ogni “cella” un \displaystyle.