רשימת כתבי גאוס
ספרים ומאמרים נבחרים

Demonstratio nova theorematis omnem functionem algebraicam rationalem integram unius variabilis in factores reales primi vel secundi gradus resolvi posse (1799 – עבודת הדוקטורט שלו, שהכילה הוכחה של המשפט היסודי של האלגברה. ההוכחה אינה שלמה, שכן גאוס מניח בה באופן לא ריגורוזי מספר הנחות על ענפים של עקומים אלגבריים (branches of algebric curves), אולם היא טובה יותר מכל ניסיון קודם להוכחת המשפט. במרוצת חייו סיפק עוד 3 הוכחות שונות של המשפט, שבאופן כללי נחשבות לריגורוזיות.
(Disquisitiones Arithmeticae (1801 – יצירת מופת שכוננה את תורת המספרים המודרנית. ביצירה גאוס הציג לראשונה את הסימון ≡ לקונגרואנציות והציג באופן שיטתי תוצאות קודמות בתורת המספרים באמצעות חשבון מודולרי, הוכיח את משפט ההדדיות הריבועית, יצר את תורת התבניות הריבועיות (שבאמצעותה הוכיח, כתוצאה אחת מני רבות, שכל מספר טבעי ניתן להצגה כסכום של לכל היותר 3 מספרים משולשיים, ואף קבע את מספר הדרכים שמספר כלשהו ניתן להצגה כזאת), ניסח את בעיית מספר המחלקה (Class number problem) - השערה מרחיקת לכת שהייתה לה השפעה כבירה על התפתחות המתמטיקה ב-200 השנים הבאות, והציג את פתרון בעיית הבנייה בסרגל ובמחוגה של מצולעים משוכללים.
(Grenzen der geocentrischen orter der planeten (1804 – מאמר באסטרונומיה שדן לכאורה בשאלה פרקטית - קביעת התחום השמיימי שבו שביטים ואסטרואידים עשויים להופיע - ה-zodiacus. במאמר גאוס מצביע על 3 מקרים אפשריים: (1) כאשר המרחק המינימלי של השביט גדול מהמרחק המקסימלי של כדור הארץ מהשמש, (2) ההפך, (3) כאשר מסלול כדור הארץ ומסלול השביט שזורים (linked) זה בזה. במקרים (1) ו-(2) גאוס מוצא את ה-zodiacus, ואילו במקרה (3) הוא כותב כי מסיבות טופולוגיות התחום השמימי הוא הספירה כולה.
(1809) Theoria motus corporum coelestium in sectionibus conicis solem ambientum ("תאוריה של תנועת הגופים השמימיים בחתכי חרוט סביב השמש") - עבודתו המונומנטלית השנייה של גאוס, שדנה במציאת מסלול אסטרואיד מ-3 תצפיות גאוצנטריות בלבד. בין התוצאות בעבודה זו: המשוואות הפלנטריות של גאוס (Gauss's planetary equations), מספר נוסחאות בטריגונומטריה ספרית הנקראות Gauss's analogies, כמו גם יישום מעמיק וממצה של שיטת הריבועים הפחותים (כדי להעריך מהו מסלול האסטרואיד התואם ביותר לתצפיות, גאוס פיתח את אלגוריתם גאוס-ניוטון לביצוע רגרסיה לא ליניארית של תצפיות). עבודה זו, שנחשבת לאבן פינה באסטרונומיה חישובית, הפכה לרפרנס המרכזי של אסטרונומים במהלך עשרות השנים הבאות, ובזכותה הפכו שיטות החישוב והחיזוי האסטרונומיות למכונה יעילה. האלגוריתמים שתיאר עדיין משמשים במחשבי החיזוי המסלולי של נאס"א.
(Summatio serierun quarundam singularium" (1811" – עוסק בקביעת הסימן של סכומי גאוס ריבועיים, בעיה שהיא קשה יותר מהוכחת חוק ההדדיות הריבועית, ונעזר בתוצאה כדי לתת הוכחה רביעית של חוק זה.
(1813) Theoria attractionis corporum sphaeroidicorum ellipticorum homogenum methodos nova tractata – דן במציאת הכבידה של אליפסואיד הומוגני בכל נקודה במרחב, בעיה חשובה שהעסיקה אסטרונומים רבים מאז פרסום חוק הכבידה העולמי על ידי ניוטון ב-1687. הבעיה היא קשה ביותר מבחינה מתמטית עקב היעדר סימטריה בבעיה וביטוי אינטגרציה מסובכים שמופיעים בפיתוח. אולם גאוס היה הראשון שהצליח לפשט את הפתרון ולהוכיח את התוצאה (הנכונה רק לחלק הפנימי של האליפסואיד):  g_{i}=2\pi G\rho A_{i}x_{i} כאשר:
כאן  g_{i} הוא רכיב שדה הכבידה המקביל לציר ה-i של האליפסואיד,  x_{i} הוא המרחק ממרכז האליפסואיד בכיוון המקביל לציר ה-i שלו, ו- \rho  היא צפיפות המסה (הקבועה) של האליפסואיד.
(1813) Disquisitiones generales circa seriem infinitam - הדיון הסיסטמטי הראשון על טורים היפרגאומטריים וההצגה של הפונקציות ההיפרגאומטרית. גאוס הראה שרבות מהפונקציות המיוחדות המוכרות באותה עת הן מקרה פרטי של הפונקציה ההיפרגאומטרית. החיבור דן בקשר לשברים משולבים, בפונקציית גמא ועוד. מלבד היבטים אלה, חיבור זה פתח במובן מסוים את העידן הריגורוזי, שכן גאוס תיאר בו מעיין מודל לחקר התכנסות של טורים.
(1814) Methodus nova integralium valores per approximationem inveniendi ("שיטה חדשה לחישוב ערכי אינטגרלים על ידי קירוב") – חיבור על שיטות אינטגרציה חדשות. מכיל את שיטת התרבוע הגאוסיאנית (Gaussian Quadrature).
(1815) Demonstratio nova theorematis omnem functionem algebraicam rationalem integram unius variabilis in factores reales primi vel secundi gradus resolvi posse - ההוכחה השנייה של גאוס את המשפט היסודי של האלגברה. הוכחה זו מבריקה ביותר והיא אלגברית באופייה, וכמו בהישגים רבים אחרים של גאוס, ניתן לשפוך אור על המשמעות שלה רק תחת שימוש בהמשגה מתאוריות מאוחרות יותר כגון תורת גלואה. הרעיון המרכזי של ההוכחה של גאוס הוא להיעזר בתכונות אלגבריות של הפונקציות הסימטריות כדי לגזור משוואה דיפרנציאלית הקושרת בין הפולינום ההתחלתי והדיסקרימיננטה שלו. הרעיון של גאוס קשור לגישה המודרנית האבסטרקטית, בה מוכיחים את הקיום של שדה פיצול המוכל בשדה המספרים המרוכבים.
(1816) Bestimmung der Genauigkeit der Beobachtungen – מחקר על היעילות של אמדים סטטיסטיים.
Determinatio attractionis, quam in punctom quodvis positionis datae exerceret planeta, si ejus massa per totam orbitam,ratione temporis, que singulae )partes describuntur, uniformiter esset dispertita (1818 - מחקר אסטרונומי יוצר מגדר הרגיל שנעשה בהשראת בעיית הפרטורבציות של פאלאס. בו הוכיח גאוס שהפרטורבציה המסלולית הנגרמת על ידי גוף מסיבי לגוף קטן שקולה לפרטורבציה אשר הייתה נגרמת על ידי טבעת מסה אליפטית שצפיפותה בכל נקודה פרופורציונלית למסת הכוכב ויחסית הפוך למהירותו באותה נקודה. פרט לזאת גאוס קובע במאמר את המשיכה שטבעת מסה אליפטית כזאת יוצרת בכל נקודה במרחב.
(1823) Theoria combinationis obseruationum erroribus minimis obnoxiae - ספרו המרכזי של גאוס על סטטיסטיקה מתמטית. מכיל דיון מעמיק יותר בהתפלגות הנורמלית ושיטת הריבועים הפחותים מאשר מספרו על אסטרונומיה מ-1809. הספר מכיל גם הוכחה מלאה ראשונה ראשונה של משפט מרקוב, גרסה מוקדמת של אי שוויון צ'בישב (למעשה התוצאה של גאוס מעט חזקה יותר מאי שוויון צ'בישב וניתן לה שם נפרד – "אי שוויון גאוס"), אי שוויון נוסף על מומנטים מסדר רביעי של שגיאות (אי שוויון Gauss-Winckler), ומספר תוצאות עמוקות נוספות. הספר דן גם בשיטות ססטיסטיות שונות וביישומים שלהם בתחומים שונים.
(1823) פתרון כללי לבעיה של מיפוי משטח אחד על משטח אחר כך שהשניים יהיו דומים זה לזה בחלקיהם הקטנים ביותר – מאמר שהכיל את היסודות של התורה של מיפויים קונפורמיים. גאוס חשף במאמר את הקשר העמוק בין תורת הפונקציות המרוכבות ומיפויים קונפורמיים, וגזר את משוואת בלטרמי (Beltrami equation) כדי להוכיח תוצאה מסוימת במאמר. אף על פי שגאוס ענה במאמר על שאלה מרכזית, הוא הותיר שאלה קשה יותר ללא תשובה. ברנהרד רימן העלה את חקר השאלה הזו לרמה חדשה במסגרת יצירתו את התורה של משטחי רימן.
(1828) Disquisitiones circa superticies curvas - יצירתו המרכזית בגאומטריה דיפרנציאלית. בין המשפטים והרעיונות החדשים בחיבור זה:
הצגת התבנית היסודית הראשונה והשנייה.
עקמומיות גאוס
מפת גאוס
תיאורמה אגרגיום
Theorema Elegantissimum
הלמה של גאוס (גאומטריה רימנית)
משפטי השוואה - ביניהם משפט לז'נדר על משולשים כדוריים
קואורדינטות איזותרמיות
הצגת המשוואה הדיפרנציאלית מסדר שני המגדירה עקומים גאודזיים
משוואת גאוס-יעקובי
(1829) Über ein neues allgemeines Grundgesetz der Machanik - מאמר תאורטי מאוד באופיו, עוסק בניסוח מחודש של המכניקה הקלאסית באמצעות עקרון חדש בחשבון וריאציות - Gauss's principle of least constraint. העיקרון דומה ברוחו לעקרון המילטון על פעולה מינימלית, שהופיע מאוחר יותר.
(1831) Principia generalia theoriae figurae fluidorum in statu aequilibrii - עוסק בקפילריות. בו גאוס דן בנוזלים במצב שיווי משקל ופותר את הבעיות המרכזיות בתחום. כמאמר מדעי חלוצי מדרגה ראשונה, גאוס גזר בו תוצאות חדשות וגזר מחדש תוצאות קודמות מנקודת מבט ווריאציונית, וסיכם בו באופן שיטתי את כל התוצאות האיכותיות והמתמטיות שנצברו עד אליו, כולל משוואת יאנג-לפלס, לה הציע פיתוח שונה. ראשית, גאוס הציג במאמר את המושג של אנרגיית שטח (surface energy) והגדיר את מתח הפנים כאנרגיה ליחידת שטח במקום ככוח ליחידת אורך כמו לפלס. שנית, במקום לתקוף את הבעיה מנקודת המבט של קודמיו, גאוס כתב ביטוי יחיד (Gauss free energy), המייצג את האנרגיה של המערכת במצב מסוים אודות למתח הפנים, האדהזיה והכבידה, שאותו הוא הביא למינימום. פרט לחשיבותו לתאוריה הפיזיקלית גרידא המאמר הוא בעל עניין מתמטי רב, שכן הוא הציג את הפתרון הראשון לבעיה וריאציונית המערבת אינטגרלים כפולים, תנאי שפה וגבולות משתנים. גאוס חוקר בו מזווית מתמטית גם את תצורות פני הנוזל המתקבלות בכלי קיבול בעלי צורה מורכבת ולא פשוטה, את ההשפעה של החיכוך, ועוד. המאמר תרם לביסוס חוק שימור האנרגיה, במיוחד מנקודת המבט המתמטית.
Review of Seeber (1831) - נספח מתמטי שגאוס הוסיף לספרו של לודוויג סיבר, עוסק בקריסטלוגרפיה. גאוס מצביע כאן על הקשר בין תבניות ריבועיות טרנריות (Ternary quadratic forms) ומבנים גבישיים. הוא נעזר ברעיונות האלה כדי לתקוף את בעיית "אריזת הכדורים האופטימלית" - השערת קפלר, ומוכיח תוצאה חשובה מוקדמת.
(Theoria residuorum biquadraticorum, Commentatio secunda" (1832" - "חיבור שני על שאריות דו ריבועיות" - גאוס מציג במאמר זה את חוג השלמים של גאוס ומבסס את חשיבותו לחקר חוקי הדדיות מסדרים גבוהים. לאחר מכן הוא מנסח במאמר זה את חוק ההדדיות מסדר רביעי, ומוכיח מקרים פרטיים שלו. ההצגה של חוג השלמים הגאוסיאנים והטיפול המפורט בתכונות האריתמטיות שלו הציבה את הנושא בחזית המחקר על תורת המספרים וחוקי הדדיות, ובתוך מספר שנים שחלפו מאז פרסום המאמר הופיעו הוכחות שונות של חוקי ההדדיות מסדר שלישי ורביעי, שפורסמו על ידי אייזנשטיין, יעקובי, ודיריכלה.
(Atlas des erdmagnetisnus (1840 - האטלס המגנטי הראשון של כדור הארץ. אטלס זה הוא תוצר של עשור של עבודה ניסויית ותאורטית אינטנסיבית שנעשתה בשיתוף פעולה עם וילהלם ובר. במהלך עשור זה המציאו השניים מספר דגמים של המגנטומטר הראשון, ואילו גאוס פרסם מספר מאמרים תאורטיים על השדה המגנטי של כדור הארץ, בהם, בין היתר, הצליח להצביע על המיקום המדויק של הקטבים המגנטיים של כדור הארץ משיקולים תאורטיים.
(1840) Allgemeine Lehrsatze - מאמרו המרכזי על תורת הפוטנציאל, אותה יישם במאמרים קודמים שלו על מגנטיות ארצית. המאמר הציג את משפט גרין, משפט גאוס, משפט הערך הממוצע של גאוס, עקרון המקסימום ועקרון דיריכלה. במאמר הוא מוכיח חלק מהטענות באמצעות אנליזה הרמונית תלת־ממדית. קריאתו מצריכה הבנה עמוקה של הרמוניות ספריות ופולינומי לז'נדר.
(1840) Dioptrische Untersuchungen - חיבור קלאסי על אופטיקה, שהציג את השיטות והטרמינולוגיה של אופטיקה גאוסיאנית.
(Untersuchungen uber gegenstande der hoheren geodeaise (1843–1846 - "מחקרים על היסודות של גאודזיה גבוהה" - מאמר שהניח את היסודות לגאודזיה גבוהה. מכיל נוסחאות מפורשות של העתקות מרוכבות הממפות את אליפסואיד הייחוס של כדור הארץ לספירה.
acoustics* - מאמר על אקוסטיקה.
Asymptotic laws of arithmetic* - מכיל את משפט המספרים הראשוניים והכללות שלו. כמו כן מכיל חוקים אסימפטוטיים רבים נוספים.
Zur theory der electrodynamik* - מגדיר את מספר הקישור (linking number) ומפתח שיטה לחשבו באמצעות אינטגרל כפול מתאים (Gauss's linking integral), זאת בהקשר של בעיה אלקטרומגנטית מסוימת. הבעיה האלקטרומגנטית איתה התמודד דרשה, בהינתן לולאת זרם  L_{1} בה זורם זרם חשמלי קבוע I, לחשב את העבודה הדרושה כדי להזיז מונופול מגנטי בחוזק m לאורך מסלול סגור  L_{2} בשדה המגנטי המופק על די לולאת הזרם. גאוס הגיע לתגלית יוצאת דופן: אף על פי שהנוסחה אליה הגיע עשתה שימוש בגאומטריה אוקלידית בכמה אופנים, ערכה הוא למעשה אינווריאנט טופולוגי, מדד לדרגת השזירה של הלולאות  L_{1} ו- L_{2}. זו תכונה עמוקה וגאוס הביע אמונה שלגודל  {\frac {W}{mI}} יש חשיבות יסודית בתאוריה הפיזיקלית. 150 שנה מאוחר יותר התברר, כפי שגאוס חשד, שלגודל אכן יש חשיבות יסודית בפיזיקה, בתורת השדות הקוונטית.
geometria situs * - מכיל תוצאות מוקדמות בטופולוגיה ותורת הקשרים.
Die Seitenkrummung* - "עקמומיות צלעית (Side Curvature)" - מכיל את התיאור המוקדם ביותר של מושג העקמומיות הגאודטית, גודל המודד כמה רחוק עקום על משטח מלהיות גאודזה של המשטח. למעשה גאוס נותן שתי הגדרות: האחת היא ההגדרה הסטנדרטית, והשנייה היא הצגה מתמטית ארוכה ומסובכת של העקמומיות הגאודטית בתלות בתבנית היסודית הראשונה והשנייה, המראה כי העקמומיות הגאודטית היא תכונה פנימית (intristic property) של המשטח (הווה אומר, אם משרטטים עקום על משטח, ומעוותים את המשטח, העקמומיות הגאודטית בכל נקודה נשארת זהה. בפרט, עקומים גאודזיים נשארים כאלה לאחר העיוות). מאמר זה מצביע על כך שגאוס כנראה הכיר את מלוא ההיקף של משפט גאוס-בונה (מקרה פרטי של המשפט, עבור צלעות גאודזיות, הוכח על ידו כמשפט האלגנטי) - גאוס כבר הוכיח במשפט הנהדר שלו שעקמומיות גאוס היא גודל פנימי של המשטח, והעובדה שבחר להציג את העקמומיות הגאודטית דווקא בצורה מתמטית מסורבלת מעידה שעמד על חשיבות המושג כגודל פנימי משלים (בכוונה מכנה גאוס את המושג "עקמומיות צלעית") של עקמומיות גאוס, באופן אנלוגי לניסוח הפורמלי של משפט גאוס בונה.
Arithmetisch Geometrisches mittel* - לקט של כתבים תחת הכותרת "הממוצע האריתמטי גאומטרי". לקט זה ביחד עם מאמרים רבים נוספים, מכיל עושר אדיר של תגליות מתמטיות (שחלקן נתגלו על נילס הנריק אבל וקרל גוסטב יעקב יעקובי רק כרבע מאה מאוחר יותר), ורבות מן התוצאות במאמרים אלה הן בין התוצאות של גאוס בעלות ההשפעה מרחיקת הלכת ביותר על המתמטיקה במאה ה-19 ותחילת המאה ה-20. בין התוצאות במאמרים אלה: תוצאות חשובות על פונקציית הלמניסקטה, על הקשר בין אינטגרלים אליפטיים והממוצע האריתמטי גאומטרי, התגלית שפונקציות אליפטיות הן באופן טבעי פונקציות כפולות-מחזור (Doubly periodic elliptic functions) יחד עם חישוב המחזורים שלהם, שפע של תגליות על פונקציות תטא, ועוד. כמה קטעים מתמטיים בכתבים אלה מראים שגאוס הכיר היטב את היסודות של התאוריה שתושלם בסופו של דבר בעבודתם של פליקס קליין ו-Fricke על תבניות מודולריות. אין זה מקרי, שכן קליין ו-Fricke היו מעורבים מאוד בפרסום הכתבים של גאוס וחקרו את התוצאות של גאוס מקרוב.
Determinatio serie nostrae per aequationem differentialem secundi ordinis* -מאמר המשך למאמרו על הטור ההיפרגאומטרי. הפעם הוא מתחיל מהמשוואה הדיפרנציאלית שמגדירה את הפונקציה ההיפרגאומטרית, ומפתח תכונות מיוחדות של הפונקציה כגון ערכיה בנקודות מיוחדות וטרנספורמציות שונות שלה. המאמר נותן אינדיקציה מסוימת לגבי ההבנה של גאוס את רעיון ההמשכה האנליטית. כמו כן, חשיבות החקירות האלה היא גם בטכניקות השונות של אינטגרציה במישור המרוכב שמופיעות בהן.
Theoria Interpolationis Methodo Nova Tractata* - מכיל את הגרסה המוקדמת ביותר של ה-FFT - טרנספורם פורייה מהיר. גאוס נעזר באלגוריתם זה כדי לעשות אינטרפולציה בין מסלוליהם של פאלאס ויונו.
מאמר על לוגריתמים* - מכיל שיטה יעילה לחישוב לוגריתמים, המבוססת על הממוצע האריתמטי גאומטרי.
Disquisitions generales de congruentiis* - הפרק השמיני הלא מפורסם של מחקרים אריתמטיים. בחיבור מנסה גאוס לתקוף את הבעיה של קונגרואנציות כלליות (ממעלה שרירותית), ומציג מספר כלים חזקים הדרושים כדי לגשת לבעיות מן הסוג הזה - הומומורפיזם פרובניוס, החשוב להבנת המבנה של שדות סופיים, ולמת הנזל. בחיבור גאוס נעזר בשיטות שלימים יקראו שיטות p-אדיות, אף שגאוס לא כינה אותם בשם זה. החיבור מכיל את אחת התוצאות היסודיות בתאוריה של שדות סופיים: גאוס הוכיח את האנלוג של משפט המספרים הראשוניים בעבור פולינומים מעל שדות סופיים.  כמו כן החיבור מכיל מספר תוצאות חשובות נוספות.
Lunar theory* - מכיל את התאוריה של גאוס על תנועת הירח. המשוואות היסודיות שהוא גזר דומות לאלה של קלרו וד'אלמבר, ולאלה שנגזרו מאוחר יותר על ידי לפלס, פלאנה ואחרים.
Foundations of geometry* - מכיל את מרבית רעיונותיו על יסודות הגאומטריה ואקסיומת המקבילים בפרט. מכיל מגוון של הדגמות גאומטריות של התכונות המייחדות את הגאומטריה החדשה. למשל, גאוס מביא הדגמה גאומטרית כי מצולע משוכלל שבונים בגאומטריה מסוימת לעולם לא ייסגר על עצמו (horocyclic polygon) .
(1819) Mutationen des Raumes  - מאמר קצר שבו נותן גאוס נוסחות לסיבוב הכללי של וקטור במרחב 3 ממדי העובר דרך הראשית באמצעות מטריצות אורתוגונליות. במאמר (שיצא לאור רק ב-1900) מופיעה נוסחת הכפל לקווטרניונים. לא ברור האם גאוס גילה כאן הקווטרניונים, כרבע מאה לפני המילטון.
Trancendental trigonometry* - מכיל חישובים על גאומטריה לא אוקלידית.
Spherology* - מכיל תוצאות בטריגונומטריה ספרית.
Die sphärische und die Nichteuklidische Geometrie* - מכיל בסיומו את משוואות הפסאודוספירה - הדוגמה הראשונה למשטח עם עקמומיות שלילית קבועה. גאוס מכנה את המשטח "הנגדי של הספירה" ומציין שיש לו עקמומיות שלילית קבועה. מלבד זאת, יש למאמר זה חשיבות רבה במחקר ההיסטורי על התגבשות הרעיונות של גאוס על הגאומטריה החדשה, שכן הפסאודוספירה מילאה בעיני גאוס את תפקיד הספירה עם רדיוס מדומה (sphere of imaginary radius). הנוסחאות שפיתח במאמר הובילו אותו למשפט שעל הפסאודוספירה ניתן להזיז משולשים גאודטיים בדיוק כשם שניתן להזיז משולשים גאודטיים על הספירה [דרושה הבהרה].
Pentagramma mirificum* - מכיל את משפט ה-Pentagramma mirificum.