Stefan hat schon die praktische Lösung gezeigt. Darum hier ein bisschen zur Fehlerursache.
Du hast mit `\mathlarger` Glück. Dass das funktioniert, ist womöglich (wenn nicht gar _wahrscheinlich_) gar nicht vom Autor von [`relsize`][1] geplant, und nur ein glücklicher Umstand, der an Art liegt, wie `\mathlarger` definiert ist.
Die richtige und empfohlene Syntax ist für LaTeX `...^{<superscript>}`, also mit geschweiften Klammern um die Hochstellung. Bei einer Konstruktion wie `...^\foo{bar}` sollte man _immer_ damit rechnen, dass _nur_ `\foo` als Exponent verwendet wird. wird und so wirkt, als hätte man `...^{\foo}{bar}` eingegeben. (Die eigentliche Frage ist daher eher: „Wieso kommt der Fehler nicht mit `\mathlarger`“?) Bei einzelnen Ziffern wie x^2 ist es zwar oft üblich, die Klammern wegzulassen (manche -- mich eingeschlossen -- halten das in solchen Fällen auch für besser lesbar), aber man sollte sich das nicht als Standardsyntax angewöhnen.
Es gibt den einen oder anderen Befehl im LaTeX-Kernel, der extra dafür designt wurde, damit er auch _ohne_ Klammern verwendet kann. Das ist allerdings nicht geschehen, um diese Syntax zu empfehlen, sondern der Tatsache geschuldet, dass Anwender Empfehlungen aus welchen Gründen auch immer gerne mal ignorieren. [Zitat David Carlisle][2]:
> users ignoring the rules in the LaTeX
> book and not always bracing arguments
> can cause problems and limit the scope
> of package designers. (The standard
> LaTeX2e `\frac` and `\mathrm` and
> friends were explicitly designed to
> cope with that unbraced superscript
> use, on the grounds that keeping users
> happy was probably better than
> assuming they followed instructions.)
Die Klammern in einem Fall wie `$x^\frac{1}{2}$` funktioniert zwar im Standard-LaTeX, wird aber problematisch, sobald ein Paket `^` als aktiven Charakter umdefiniert, während `$x^{\frac{1}{2}}$` weiterhin funktionieren würde.
[1]: http://www.ctan.org/pkg/relsize
[2]: http://tex.stackexchange.com/a/82337/5049