Sólo añadir una observación: basta escribir \displaystyle una vez en la ecuación (y otra vez dentro de las llaves {}) así que usualmente no es necesario repetirlo muchas veces en una ecuación.
Y como otra observación, cuando escribes divisiones puedes escribir \dfrac en vez de \frac, y esa fracción quedará en modo \displaystyle.
No sé si ayude, pero lo comento por si acaso.