Qualunque documentazione ti spiega che $…$ e \begin{math}…\end{math} compongono la matematica in linea con il testo e non in evidenza fuori testo come vorresti fare tu. Se componi in linea con il testo LaTeX cerca disperatamente di rimpicciolire la formula per evitare che venga alterato l’avanzamento di riga (la distanza fra le righe di base di due linee di testo successive); Per scrivere “grosse” formule, la composizione in linea è certamente sconsigliata e allora per puna formula non nu,erata devi marcare \[…\] mentre per una equazione numerata devi usare l’ambiente equation, per esempio:
`
\begin{equation}
a^2 = b^2 = c^2
\label{equ:Pitagora}
`
così che ne puoi richiamare il numero simbolicamente con \ref{equ:Pitagora}.
Leggere la documentazione, per esempio nell’Arte o nella Introduzione i cui link sono qui sopra non guasta mai.