stanford-oval/wikipedia huggingface dataset:
קרל פרידריך גאוס
השקפות דתיות

גאוס היה לותרן פרוטסטנט, וחבר בכנסיית סנט אוונס שבגטינגן. עדות לאמונה העמוקה של גאוס ברלוונטיות האמונה באלוהים מגיעה מתגובתו לאחר שפתר בעיה שטרדה את מנוחתו במשך זמן רב: "בסופו של דבר הצלחתי – לא על ידי מאמציי הגדולים, אלא בידי חסד האל". אחד הביוגרפים שלו G. Waldo Dunnington מתאר את השקפותיו הדתיות של גאוס במילים הבאות:
בעבורו מדע היה האמצעי לחשוף את הגרעין האלמותי של הנשמה האנושית. בימים בהם כושרו המתמטי עמד לו במלוא עוצמתו אמונתו שלו הביאה אותו ליצירתיות, ובאמצעות ההזדמנויות שהיא פתחה לו, הביאה לו תקווה ונחמה. לקראת סיום חייו היא הביאה לו ביטחון. האל של גאוס לא היה יציר-דמיון קר ומרוחק של המטאפיזיקה, ולא קריקטורה מעוותת של תאולוגיה ממורמרת. לאדם אינה מובטחת שלמות של ידע כזאת שתצדיק את עמדתו היהירה שחזונו המעורפל הוא האור המוחלט ושלא ייתכן שיימצא מישהו אחר שמדווח על האמת כמו שהוא עושה (הוא אחז בסובלנות דתית) . בעבור גאוס, לא  מי שזועק את ה-"אני מאמין" שלו, אלא מי שחי אותו, ראוי להערכה הרבה ביותר. הוא האמין שחיים העוברים בצורה ראויה כאן על הארץ הם ההכנה הטובה ביותר, והיחידה, לגן עדן. דת אינה נחלת הספרות בלבד, אלא היא דרך חיים. ההתגלות של האל היא רציפה, ולא מוכלת בלוחות של אבן או בקלפים קדושים. ספר הוא חדור תובנה כאשר הוא מעביר עמו תובנה. הרעיון הבלתי מעורער של המשכיות אישית אחרי המוות, האמונה האיתנה בסדר אחרון של הדברים, ובאל נצחי, צודק, יודע-כל, וכל-יכול, היוותה את הבסיס לחייו הדתיים, שעמדו בהרמוניה מלאה עם מחקריו המדעיים.
Dunnington ממשיך ומציג את ההשקפות הדתיות של גאוס בכותבו:
התודעה הדתית של גאוס הייתה מבוססת על צמא בלתי ניתן לסיפוק לאמת ותחושה עמוקה של צדק בנוגע לקניין רוחני וחומרי. הוא דימה חיים רוחניים ביקום כולו כמערכת גדולה של חוקים המתנהלת לפי אמת נצחית, וממקור זה הוא שאב את הביטחון האיתן שהמוות אינו הסוף כלל וכלל.
גאוס הצהיר שהוא האמין אמונה איתנה בחיי העולם הבא, וראה רוחניות כמשהו החשוב באופן מהותי לבני אנוש. הוא צוטט פעם: "העולם יהיה חסר תכלית, והבריאה כולה אבסורד, ללא חיי אלמוות". אף על פי כן, Dunnington קובע שגאוס לא האמין בכל הדוגמאות הנוצריות, ולא ניתן לפרש את האמונה שלו כשייכת למסורת הנוצרית. האמונה שלו הייתה קרובה יותר לאמונה הבודהיסטית מאשר לאמונה הנוצרית, שכן הוא הביע אמונה מסוימת בגלגול נשמות (בהתכתבות עם אולברס בנוגע לגאומטריה הלא אוקלידית הוא כתב: "...אולי בגלגול אחר נזכה לפלח במבטינו את טיבו של המרחב..." ) והאמין יותר במסע של למידה שעוברת הנשמה בעולם מאשר בגן עדן נצחי.
משפחה

גאוס נישא לראשונה ב-9 באוקטובר 1805 ליוהאנה אוסטהוף. לזוג נולדו שלושה ילדים: יוזף (1806–1873), וילהלמינה (1808–1846) ולואי (1809–1810). אולם, אושר זה לא נמשך זמן רב ונקטע על ידי שרשרת של אירועים טרגיים: ב-1808 נפטר אביו של גאוס ושנה לאחר מכן נפטרה אשתו בלידת הבן לואי, שנפטר אף הוא זמן קצר לאחר מכן. אירועים אלו השפיעו קשות על גאוס והוא שקע בדיכאון עמוק. בעודו מטפל בשני ילדים קטנים, החליט גאוס להינשא שנית כשנה לאחר מכן לאחת מחברותיה של אשתו, פרידריקה וילהלמינה ואלדק (אשר כונתה מינה). נולדו להם שלושה ילדים: אויגן (1811–1896), וילהלם (1813–1879) ותרזה (1816–1864). מינה סבלה ממחלות רבות ונפטרה ב-1831. בתו תרזה השתלטה על אחזקת הבית ודאגה לכל מחסורו של גאוס עד מותו. אימו של גאוס אף היא חייתה עמו בביתו מ-1817 עד מותה ב-1839.
גאוס התעמת עם ילדיו על רקע בחירת מקצועם: הוא לא העריך אותם כמתמטיקאים ולא רצה שיעסקו בתחום, מחשש שיכתימו את שם המשפחה. העימות הקשה ביותר היה עם בנו אויגן אשר גאוס בחר עבורו במקצוע המשפטים, אך אויגן העדיף להתרכז בלימודי שפות אותם לא הסכים אביו לממן. לבסוף היגרו שני בניו של גאוס, אויגן ווילהלם, למיזורי שבארצות הברית. מבין כל ילדיו הייתה וילהלמינה היחידה שנחשבה בעלת כישרון מתמטי קרוב לשל אביה.
הישגיו של גאוס > אלגברה > המשפט היסודי של האלגברה

בעבודת הדוקטורט שלו משנת 1799, Demonstratio nova theorematis omnem functionem algebraicam rationalem integram unius variabilis in factores reales primi vel secundi gradus resolvi posse (הוכחה חדשה לכך שכל פולינום במשתנה אחד ניתן לפרק כמכפלה של גורמים ממשיים מן המעלה הראשונה והשנייה) סיפק גאוס הוכחה מבריקה של המשפט היסודי של האלגברה, משפט ממנו נובע כי לכל פולינום ממעלה n יש בדיוק n שורשים מרוכבים. עבודת הדוקטורט שלו הכילה ביקורת וסקירה מקיפה של ניסיונות הוכחה קודמים של המשפט, שננקטו על ידי אוילר, לגראנז' וד'אלמבר, והיא הייתה העבודה הראשונה שהצביעה על הפגם הבסיסי בהוכחות קודמות של המשפט. הגישה הכללית של ההוכחה שלו הייתה גאומטרית מטבעה, והכילה טיעון מקורי, אשר ליבתו מבוססת על אבחנות טופולוגיות במהותן; גאוס מנתח בה לעומק כיצד פועלת ההעתקה הפולינומית  p(z):\mathbb {C} \to \mathbb {C}  על המישור המרוכב. באופן אירוני, גם ההוכחה של גאוס לא הייתה שלמה והיה בה פער לוגי, שכן גאוס הניח בה מספר הנחות על ענפים של עקומים אלגבריים אשר למעשה עשו שימוש "מובלע" במשפט עקומת ז'ורדן; הוכחה זו התבססה על טענה לא מוכחת שעקום אלגברי הנכנס לדיסקה נתונה חייב לצאת ממנה בסופו של דבר, ולפיכך היא לא קבילה בסטנדרטים מודרניים.
גאוס זיהה את החלל בהוכחתו ובמרוצת חייו סיפק עוד שלוש הוכחות שונות של תוצאה זו; שתיים נוספות ב-1816 (האחת אלגברית באופייה והשנייה אנליטית), והאחרונה שבהן ב-1849. את ההוכחה השנייה האלגברית שלו ניתן להבין לעומק רק תוך שימוש בהמשגה המאוחרת יותר של תורת גלואה; הרעיון המרכזי שלה הוא להיעזר בתכונות אלגבריות של הפונקציות הסימטריות כדי לגזור משוואה דיפרנציאלית הקושרת בין הפולינום ההתחלתי והדיסקרימיננטה שלו. בדרך זו מוכיחים את הקיום של שדה פיצול המוכל בשדה המספרים המרוכבים. ההוכחה השלישית האנליטית שלו מבוססת על הצבות אינטגרליות מורכבות ועל שימוש במושגים כדוגמת אינדקס הליפוף, ומניחה באופן סמוי את משפט אינטגרל קושי.
ההוכחה הרביעית והאחרונה שלו, שהוצגה במסגרת אירוע חגיגי שנערך כהוקרה לקריירה יוצאת הדופן של גאוס, דומה באופיה להוכחה הראשונה שלו, אולם היא מעמיקה את הטיפול הטופולוגי במשפט. על אף שבסופו של יום הטיעון הטופולוגי עדיין נותר רחוק מלהיות שלם, אלכסנדר אוסטרובסקי הראה ב-1920, לאור התפתחויות תקופתיות בטופולוגיה קבוצתית, שרעיונו של גאוס להתייחס לתחומים במישור המרוכב במקום להתמקד בעקומות ז'ורדן התוחמות אותם, כלומר בשונה ממה שעשה בהוכחתו הראשונה, הוא צעד בעל חשיבות משמעותית. אוסטרובסקי הראה שלמעשה, על בסיס זה ניתן להפיק הוכחה ריגורוזית לחלוטין למשפט, והעיר שהדבר מאשרר את קביעתו של גאוס ש-: "מהותית, תוכנו של הטיעון כולו משתייך לתאוריה אבסטרקטית של גדלים שהם בלתי תלויים במרחב", ואשר מושא המחקר שלה הוא "פעולות רציפות על גדלים קשירים". בהשוואה להוכחה שלו מ-1799, הפעם גאוס דן באופן זהיר יותר במקרה של שורשים מרובים והראה שכל השורשים נוצרים באופן שתיאר. בנוסף, הוא הקדיש את חלקו השני של המאמר לחישוב נומרי של פתרונותיהן של משוואות אלגבריות, תוך שהוא משפר את הטכניקות הידועות לפתרון משוואות טרינומיות. מאמציו להוכיח את המשפט היסודי לאורך השנים הסירו לחלוטין את הספקות לגבי תקפותם של המספרים המרוכבים.
הישגיו של גאוס > אנליזה מתמטית > יסודות האנליזה המרוכבת

עדות נוספת להבנתו של גאוס את הנושא של היסודות הרעיוניים של האנליזה המרוכבת היא מכתבו לפרידריך בסל מ-1811, שזכור כמסמך הראשון שבו מופיעה הקביעה של "המשפט היסודי של פונקציות של משתנה מרוכב" - משפט האינטגרל של קושי (כ-15 שנה לפני עבודתו היסודית של אוגוסטן לואי קושי בתחום), שקובע שהאינטגרל הקווי של פונקציה מרוכבת הולומורפית לאורך מסלול סגור שווה לאפס (כל עוד התחום אינו מכיל נקודות סינגולריות) - ובשל ההבנה שהוא הציג על הרב-ערכיות של פונקציות מרוכבות מסביב לנקודות סינגולריות. במכתבו מסביר גאוס את הרב-ערכיות של פונקציית הלוגריתם  \mathbb {log} (z) כתוצאה של אינטגרציה קווית במישור המרוכב של הפונקציה  {\frac {1}{z}} לאורך קונטור מעגלי מסביב לנקודת הסינגולריות שלה ב-z = 0, תוך זיהוי נכון של ערך השארית  2\pi i שמתווספת בכל מחזור אינטגרציה (דוגמה זאת למעשה שופכת אור על נוסחת אוילר באנליזה מרוכבת). במקום אחר בכתביו הוא כתב כי: "ידיעה מלאה של טבעה של פונקציה אנליטית חייבת לכלול גם הבנה של התנהגותה בעבור ערכים מדומים של הארגומנט שלה. לעיתים קרובות האחרונה היא חיונית אפילו בעבור הערכה נאותה של התנהגות הפונקציה בעבור ארגומנט ממשי.". מילים אלו מתכתבות במידת מה עם אחד ההישגים המרכזיים של תורת הפונקציות המרוכבות במאה ה-19 - התרתם של אינטגרלים ממשיים סבוכים באמצעות כלים מאנליזה מרוכבת.
ב-1805, במסגרת מחקריו האסטרונומיים הלא מפורסמים על פתרון משוואת קפלר, גאוס נתן ביטוי אסימפטוטי למקדמי הטור הטריגונומטרי המייצג את ההפרש בין האנומליה האמיתית והממוצעת. כחלק ממחקרו זה גילה גם את תופעת גבול לפלס (אנ'), תופעה במסגרתה הטור הטריגונומטרי הנידון מתבדר בעבור ערכי אקסצנטריות הגדולים מערך קריטי מסוים (כשני עשורים לפני עבודתו הבלתי תלויה של לפלס בנושא). ממצאיו על ההתנהגות האסימפטוטית של מקדמי הטור הטריגונומטרי תאמו את הנוסחה שנמצאה על ידי יעקובי ב-1849, אולם הדרך בה הגיע אליה הייתה לאין ערוך קצרה יותר. כדי "לפצח" את התנהגות המקדמים, גאוס הפעיל טרנספורמציה מדומה מסוימת. אף שלא הסביר את הרעיון מאחורי ההצבה, מתמטיקאים מאוחרים יותר הראו כי בחירת הצורה המדויקת של הטרנספורמציה מרמזת על שימוש סמוי בנוסחת השאריות על אינטגרציה במישור המרוכב, כך שניתן לראות בפתרונו לבעיה אסטרונומית זו את אחד היישומים של רעיונותיו על יסודות האנליזה המרוכבת. בערוב ימיו הביע גאוס בפני שומאכר (במספר מכתבים מ-1850) את רצונו לכתוב חיבור על ההתכנסות של טורים טריגונומטריים, אשר יכלול גם את ההקשרים ל"דוקטרינה של גדלים מרוכבים".
עם כל זאת, כל מה שהשיג בנושא נתגלה רק לאחר מותו, וגאוס לא לקח בחלק בבנייה בפועל של תורת הפונקציות המרוכבות; זו נעשתה באופן שיטתי וישיר על ידי קושי, אבל, יעקובי, ליוביל, רימן ואחרים.
הישגיו של גאוס > אנליזה מתמטית > העתקות קונפורמיות

מנקודת מבט מתמטית מודרנית, עבודתו של גאוס על העתקות קונפורמיות קשורה בקשר הדוק לרעיונותיו על יסודות האנליזה המרוכבת. הפרסום המרכזי שלו בהקשר זה הוא מאמרו זוכה הפרס של האקדמיה הדנית למדעים משנת 1823, "פתרון כללי לבעיה של מיפוי משטח אחד על משטח אחר כך שהשניים יהיו דומים זה לזה בחלקיהם הקטנים ביותר", שבו עסק בפן המתמטי הטהור של התורה של מיפויים קונפורמיים. מטרתו המוצהרת של המאמר הייתה קביעת הפונקציות שמעתיקות את פני השטח של משטח כללי כלשהו אל פני השטח של משטח אחר באופן משמר-זוויות, וגאוס במכוון התייחס להעתקות אלו בתור פונקציות מרוכבות. תחילה הוא חוקר את המקרה של העתקה ממישור למישור, ובהתייחס אליו מציג את הטענה החשובה שהעתקה היא קונפורמית אם ורק אם היא הולומורפית או אנטי-הולומורפית; כלומר אנליטית במובן המרוכב. מיד לאחר מכן הוא חוקר את המבנה המרוכב שמשרה המטריקה של משטחים עקומים, ונעזר בבנייה זו כדי לגזור קריטריון קונפורמיות כללי בין שני משטחים. תוך כדי כך הוא נעזר באופן לא מפורש בכלי אנליטי חזק שרלוונטי לבעיה של מיפוי משטחים עקומים - משוואת בלטרמי, שהיא משוואה דיפרנציאלית חלקית שמקיימות העתקות מרוכבות בין משטחים, אשר ניתן לחשוב עליה כעל הכללה של משוואות קושי-רימן למשטחים בעלי עקמומיות שונה מאפס. הוא עשה בה שימוש כדי להוכיח קיום מקומי של קואורדינטות איזותרמיות על משטח עם מטריקה אנליטית רימנית. בהמשך מאמרו הדגים את המשפט שלו למקרים של מיפוי קונפורמי של משטח שרירותי על גבי מישור, חרוט וכדור, וסיים בדיון במיפוי קונפורמי של משטח על גבי אליפסואיד סיבוב. ראויה לציון העובדה שרימן העריך במיוחד את מאמרו זה של גאוס על העתקות קונפורמיות, שכן הוא קרא אותו ביסודיות רבה והתייחס אליו במפורש בעבודת הדוקטורט הזכורה שלו מ-1851, אשר יצרה בסיס גאומטרי אוניברסלי לתורה של פונקציות מרוכבות בדמותם של משטחי רימן.
כמו בתחומי עיסוק רבים של גאוס, חלקה הלא מפורסם של עבודתו על מיפויים קונפורמיים מרשים אף יותר ממה שפרסם בחייו. השיא של עבודתו בנושא עסק בבעיה של בניית העתקה קונפורמית במישור המרוכב מפנים האליפסה לעיגול היחידה הפתוח – בשונה מהבעיה של מיפוי חלקה החיצוני של האליפסה (תחום המישור שאינו נמצא בתוכה) לעיגול היחידה, בה ניתן לבנות את ההעתקה בקלות יחסית בעזרת התמרת ז'וקובסקי, במקרה זה הפתרון קשה בהרבה ומערב פונקציות אליפטיות. במספר קטעים מתמטיים המתוארכים ל-1839 הוא חקר את הבעיה ותיעד את פתרונו; ממצאיו תאמו את הנוסחה שנמצאה הרבה מאוחר יותר על ידי הרמן אמדאוס שוורץ. הפתרון שמצא מעיד גם שהיה מודע לזיקה בין תורת המיפויים הקונפורמיים לתורת הפוטנציאל, שכן כדי למצאו הוא התבסס הן על עבודתו המוקדמת על אינטגרלים אליפטיים ופונקציות תטא והן על רעיונותיו מתורת הפוטנציאל – רעיונות אשר גיבש בתקופה שקדמה לפתרונו זה – תקופה בה חקירות פיזיקליות על פוטנציאלים היו במוקד עיסוקיו.
הישגיו של גאוס > אנליזה מתמטית > אנליזה ממשית

תגלית נוספת שלו מנושא אחר לגמרי היא התפלגות Gauss-Kuzmin, שמופיעה בהערה 113 ביומנו. התגלית העמוקה הזאת מתארת את השכיחות האסימפטוטית של מספרים טבעיים בפיתוח לשבר משולב של משתנה מקרי המתפלג באופן אחיד בקטע (0,1). גאוס כתב כי:
\lim _{n\to \infty }P(\lambda ^{n}\leq x)={\frac {\log(1+x)}{\log 2}},0\leq x<1
כאשר  \lambda (x)={\frac {1}{x}}-[{\frac {1}{x}}] ו- [x] מסמלת את פונקציית הרצפה. במכתב ללפלס מ-1812 גאוס דיווח לו על ממצא זה, ואף הציע לו לעסוק בבעיה ההסתברותית של הערכת גורם השגיאה בחוק האסימפטוטי שלו. גאוס כתב כי יש לו הוכחה בהירה לעובדה הזאת, אולם רק בשנת 1928 הצליח Kuzmin לבנות אותה מחדש, שאף נתן חסם על קצב ההתכנסות – ובכך ענה על השאלה שהעלה גאוס. ההערה הזו מרשימה במיוחד לאור העובדה שהיא נכתבה יותר ממאה שנים לפני שכלים מודרניים "חזקים" כמו תורת המידה והתורה הארגודית נוצרו, וכיוון שגאוס לא הותיר הרבה מסמכים הנוגעים לחוק הזה, לא ברור כיצד הוא הגיע לתוצאה זו.
הישגיו של גאוס > גאודזיה

מתוך עבודתו על הסקר הגאודזי של הנובר צמחו מספר עבודות תאורטיות, שהבולטות שבהן כללו מאמר אחד מ-1828 בו סיכם את רעיונותיו על צורת כדור הארץ, המאמר "מדידת הפרש קווי הרוחב בין אלטונה וגטינגן" (1828) שנעשה בו שימוש מיומן ברגרסיה ליניארית, והחשוב מכל הוא ספרו "מחקרים על היסודות של גאודזיה גבוהה" (1843 ו-1846) שפורסם בשני חלקים והתבסס על המיפוי הקונפורמי של האליפסואיד לספירה. שתי העבודות היו בעלות השפעה אדירה על התפתחות הגיאודזיה, הן מהצד התאורטי והן מהצד המעשי.
הכרך הראשון של ספרו על גאודזיה עוסק בבעיה הקרטוגרפית של בניית העתקות קונפורמיות של אליפסואיד לכדור, לנוחיות שימושם של גאודזיסטים. כיוון שגאוס כבר הראה שלא ניתן למפות אליפסואיד לכדור בלי עיוותים, השיטה שלו התבססה על מיפוי אזורים קטנים של האליפסואיד לאזורים כדוריים באופן כזה שהעיוות יהיה מינימלי, תוך התאמת הפרמטרים של ההעתקה מחדש בכל קו רוחב של האליפסואיד. הטכניקות בהן גאוס השתמש היו מאנליזה מרוכבת וטריגונומטריה ספירית. הכרך הראשון מסתיים במספר בעיות הקשורות במשולשים כדוריים. הכרך השני של ספרו מוקדש לפתרון של בעיות דומות אלא שהפעם הן מתייחסות למשולשים על אליפסואיד. בעזרת ערכים ממוצעים של קווי רוחב ואזימוט גאוס גזר שש נוסחאות אשר פותרות את הבעיה באופן מכני באמצעות שימוש בטבלאות נומריות שחישב בעצמו. הטכניקות שתיאר היו בשימוש נרחב על ידי גאודזיסטים עד סוף המאה ה-19. ספר זה ביחד עם כתבים אחרים שנמצאו בעזבונו, היווה את הבסיס להעתקת Gauss-Kruger שהתפתחה בשנת 1912, וזכתה למעמד איתן כבסיס לפיתוח כל הרשתות הטופוגרפיות המתחשבות בצורה האליפסואידית של כדור הארץ, ומשום כך אומצה במהלך המאה ה-20 ככלי מיפוי בסקלה גלובלית על ידי מדינות רבות.
הישגיו של גאוס > יסודות הגאומטריה; גאומטריות לא אוקלידיות

על אף טענותיו של גאוס, שאלת היקף הקרדיט הניתן לו על גילוי הגאומטריות הלא אוקלידיות נתונה למחלוקת בקרב היסטוריוני המתמטיקה, מחלוקת שחריפה יותר מבכל תחום אחר בו הוא עסק. קשה מאוד להכריע בשאלה עד כמה חזה גאוס את תגליותיהם המאוחרות יותר של בולאי ולובצ'בסקי כי הוא לא כתב שום תיעוד שיטתי של רעיונותיו לפני 1831, ונחוצה בנייה מחדש של תהליך החשיבה שלו על פי נקודת המבט המתמטית המודרנית והמסמכים המעטים שיש בשנים שקדמו ל-1831. היסטוריונים נטו לשייך את "ההרהורים המתמטיים" שלו לשלוש תקופות שונות: תקופת "הגישושים" הראשונית בשנים 1792–1813, התקופה הבשלה יותר רעיונית שבשנים 1813–1831, וזו שמ-1832 (כשנתוודע לראשונה להישגיו של בולאי) ואילך עד מותו.
הישגיו של גאוס > יסודות הגאומטריה; גאומטריות לא אוקלידיות > השנים 1792–1813

גאוס היה הראשון להגיע לרעיון שניתן לוותר על אקסיומת המקבילים ולקבל בכך גאומטריות שונות בתכלית מהגאומטריה האוקלידית. לפי זיכרונותיו, הוא החל להרהר לראשונה על תקפות אקסיומת המקבילים ב-1792, והגיע למסקנה שדרוש כיוון שונה מזה שנקטו הגאומטרנים במאות השנים האחרונות. בעקבות מסקנה זו הוא החל לתהות מה קורה כאשר האקסיומה החמישית מוחלפת באקסיומה אחרת: "דרך כל נקודה מחוץ לישר נתון עוברים לפחות שני ישרים מקבילים לישר זה". את תקופת הגישושים הראשונית אפיינה חקירה סינתטית של תכונות הגאומטריה ההיפותטית בה האקסיומה החמישית אינה מתקיימת; הכלים בהם נעזר היו בעיקר בניות גאומטריות האנלוגיות לאלו של הגאומטריה האוקלידית, שאפשרו לו להגיע למסקנות יסודיות על תכונות הגאומטריה החלופית. את תקופה זאת אפיין אי ביטחון בתקפות הגאומטריה החדשה, עקב ההשלכות הפילוסופיות של הוויתור על האקסיומה החמישית, שעמדו בניגוד גמור לעמדה הרווחת בחוגים המתמטיים והפילוסופיים באותה עת.
מתוארכים לתקופה זאת מספר כתבים קצרים בעלי אופי מעט היסטורי, המהווים סקירה של הכשלים הלוגיים בניסיונותיהם הקודמים של גאומטרנים לגזור את אקסיומת המקבילים מהאקסיומות האחרות.
הישגיו של גאוס > יסודות הגאומטריה; גאומטריות לא אוקלידיות > תקופת הביניים (1813–1831)

ניתן לתארך את תחילת התקופה השנייה בערך לשנה 1813, שכן במספר מכתבים בשנים 1813–1819 הוא טען שבנה את הגאומטריה החדשה ושהוא "יכול לפתור כל בעיה בגאומטריה החלופית כאשר הקבוע המאפיין אותה נתון". בתקופה זאת הוא החל לפתח את הטריגונומטריה ההיפרבולית והשתכנע שמתקיימים בגאומטריה החלופית כללים טריגונומטריים האנלוגיים לאלו של הגאומטריה הכדורית. הוא חשף מספר תוצאות משמעותיות על הגאומטריה החדשה במכתביו; הבולטות ביותר שבהן הן במכתבו לגרלינג משנת 1819, בו נתן נוסחה לחישוב החסם על השטח המרבי של משולש בגאומטריה היפרבולית בעלת עקמומיות שלילית קבועה לפי גובהו של המשולש האידיאלי המתאים  \pi C^{2}/(\log(1+{\sqrt {2}}))^{2} (כש-C הוא הגובה של המשולש, שנקרא גם הקבוע של Schweikart), ומכתבו לשומאכר משנת 1831, שהתוצאה הבולטת שלו היא מתן נוסחה להיקף מעגל בגאומטריה היפרבולית לפי הקבוע k שמאפיין אותה
 \pi k(e^{\frac {r}{k}}-e^{-{\frac {r}{k}}}) (שניתן לרשמה גם בעזרת סינוס היפרבולי כך:  2\pi k\sinh {\frac {r}{k}}). לממצא האחרון היו השלכות מעניינות ביותר, שכן לפי הנוסחה שבו עולה שבגאומטריה החדשה מתקיים שבעבור רדיוסים גדולים בהשוואה לקבוע האופייני k ההיקף גדל מעריכית עם הרדיוס.
כתבים אחרים שלו מהתקופה מכילים אזכור של משוואות הפסאודוספירה (משטח אותו מכנה גאוס "הנגדי של הספירה") – הדוגמה הראשונה למשטח עם עקמומיות שלילית קבועה. במכתב אחר הוא אף הביע דעתו על ההשלכות של הנושא וטען שייתכן שהטבע הגאומטרי של המרחב הפיזי הוא לא-אוקלידי, ושניתן להכריע בשאלה זאת באמצעם אמפיריים (הוא הצהיר שהגאומטריה הלא אוקלידית היא עקבית אולם הפרמטר היסודי שמאפיין אותה אינו ניתן לקביעה אפריורית).
בשלהי תקופה זאת, גאוס הביע באחד ממכתביו את רצונו להעלות על הכתב כמה מרעיונותיו בדבר הגאומטריה החלופית, משום "שלא רצה שרעיונותיו אלו ייעלמו עמו". בכתב לא מפורסם קצר משנת 1831 שכותרתו "התאוריה של קווים מקבילים", המהווה את ניסיונו הראשון לתעד שיטתית את עבודתו, הוא כמעט הגיע להגדרה מוצקה של מושג ההורוצייקל("מעגל גבולי"), אחד ממושגי המפתח בבניית הגאומטריה ההיפרבולית; ככל הנראה האבחנה המוקדמת ביותר של גאוס אשר מתקרבת להמשגה של המעגל הגבולי מופיעה במכתבו משנת 1804 לוולפגנג בולאי (אביו של יאנוש בולאי), שם גאוס מתייחס להיתכנות של מצולע שווה-צלעות ושווה זוויות אשר מתבדר בכיוון מסוים - במילים אחרות, גאוס מציין שבגאומטריה החלופית ייתכן מצולע "משוכלל" שלעולם לא נסגר על עצמו (מצולע כזה נקרא כיום מצולע הורוציקלי).
גם החיבור הקצרצר "התאוריה של הקו הישר והמישור" מתוארך לתקופה זאת, ובו תקף גאוס את מושג המישור כלא מבוסס מספיק, וטען כי הוא אינו מושג יסודי אלא מושג נגזר.
הישגיו של גאוס > יסודות הגאומטריה; גאומטריות לא אוקלידיות > 1832 ואילך

התקופה השלישית מתוארכת להתוודעות שלו למכתבו של יאנוש בולאי מ-1832; מכתבו של בולאי הפתיע אותו מאוד ועורר בו את הצורך לתבוע זכות ראשונים. בתגובה למכתב זה של בולאי, גאוס שלח בפעם הראשונה הוכחות ולא רק תוצאות, ובאופן ספציפי שלח הוכחה סינתטית מקורית לטענה שהגרעון הזוויתי של משולש בגאומטריה היפרבולית פרופורציונלי לשטח שלו, המתבססת על פירוק משולש אסימפטוטי (דהיינו משולש שסכום זוויותיו אפס מעלות) למשולשים קטנים יותר. במכתב שלו גאוס טבע גם את המונחים "הורוצייקל" (באנגלית horocycle), "הורוספירה" (באנגלית horosphere), ו"עקום שווה מרחק" (המהווה הכללה של ישר מקביל לישר נתון). לרעיונות אלו יהיה משקל חשוב בעתיד התחום – בפיתוח מודלים שונים של הגאומטריה ההיפרבולית.
אולם תוצאות אלו היו תוצאות מבודדות בלבד, ועבודתו של גאוס בשנים 1790–1832 חסרה את הנפח והשיטתיות שבעבודתם של לובצ'בסקי ובולאי. הפיתוח השיטתי הראשון של תוצאותיו מופיע בכמה כתבים לא מפורסמים שלו שרובם מתוארכים לאחרי 1840, זמן קצר לאחר הפרסום של לובצ'בסקי; באחד מהם מקיש גאוס את הקשרים המטריים בין צלעותיהם של משולשים סופיים (לא אינפיניטסימליים) בגאומטריה היפרבולית בצורה אקסיומטית. ייתכן שגאוס ידע על תוצאות אלו זמן רב קודם לכן, והחליט לרשמן באופן שיטתי רק לאחר הפרסומים של בולאי ולובצ'בסקי, אך נושא זה נתון לספקולציות בקרב היסטוריונים. אין ספק שהחל משנת 1840, הוא נמנה עם המתמטיקאים הספורים בעולם שהבינו לעומק ופיתחו את הגאומטריות החדשות, אולם המחלוקת כאן היא באשר לנושא זכות הקדימות על הגילוי.
במאמר העדכני (מ-2012) "?What did Gauss read in the Appendix", מציעים המחברים תזה היסטורית מסקרנת לפיה אחת הסיבות שגאוס התמהמה בפיתוח שיטתי של ממצאיו היא שהוא אימץ את התוכנית האנליטית של למברט לבניית הגאומטריה החלופית; הוא היה נחוש למצוא משטח רגולרי עם עקמומיות שלילית קבועה (הפסאודוספירה אינה משטח רגולרי), באנלוגיה מלאה לכך שהספירה הדו-ממדית  \mathbb {S} ^{2} היא המקום "הטבעי" לחקר הגאומטריה הכדורית. תוכנית זו הגיעה בסופו של דבר לסיום עקר, שכן הילברט הוכיח ב-1901 שלא קיים שיכון מלא של המישור ההיפרבולי במרחב תלת-ממדי.
השיא של עבודתו של גאוס בגאומטריה לא-אוקלידית עסק בחישוב התכולה (נפח) של הארבעון במרחב היפרבולי תלת-ממדי; עוד במכתבו מ-1832 ליאנוש בולאי גאוס המליץ לו לעסוק בבעיה של חישוב נפח הארבעון בגאומטריה החדשה שפיתח, וציין כי בשונה מהמקרה של שטח משולשים במישור, לא ניתן לקבל ביטוי מתמטי פשוט לנפח הארבעון. בכתביו של גאוס נמצאו מספר תוצאות בנוגע לבעיה הזאת; קטע קצר (באורך חצי עמוד) בכתביו תחת הכותרת "cubirung der tetraeder" ("נפח הארבעון") מראה כי עוד ב-1832 גאוס ידע את התשובה לשאלה זאת. בקטע זה גאוס העלה על הכתב מספר נוסחאות שקושרות בין השינויים בזוויות הדיהדרליות וזוויות הפאות של ארבעון אורתוסכמטי (שכל פאותיו הן משולשים ישרי זווית היפרבוליים) לדיפרנציאל הנפח שלו (ייתכן והכיר את נוסחת שלפלי על נפח פאונים). עבודה זאת, שדומה לה ביצע בולאי בשנות ה-1830 ולובצ'בסקי בשנות ה-1840, פתחה פתח לתחום מחקר פורה מאוד מאז ועד היום; נפח גופים במרחבים לא-אוקלידיים מממד גבוה מ-2. בפרט, הבעיה של נפח הארבעון הכללי מוליכה למתמטיקה סבוכה ביותר, ונפתרה לראשונה רק לאחרונה.
הישגיו של גאוס > גאומטריה דיפרנציאלית > התיאורמה אגרגיום

ה"משפט הנהדר" של גאוס הוא אולי גולת הכותרת של עבודתו בגאומטריה דיפרנציאלית. המשפט מראה שעל אף שההגדרה הראשונית של עקמומיות גאוס עושה שימוש ישיר באופן שבו המשטח נח במרחב, היא נשמרת גם כאשר מעקמים או מפתלים אותו. לכן המשפט מראה שעקמומיות גאוס, שהיא תכונה תלת־ממדית מובהקת (לפחות לכאורה), אינה תלויה בשיכון של המשטח במרחב, אלא שהיא תכונה פנימית של המשטח, וניתנת לחישוב מנקודת מבט דו־ממדית על ידי ביצוע מדידות על גבי המשטח עצמו; למשל מדידת סכום זוויות של משולשים על המשטח. בהדגמת התכונות ה"שמורות", כלומר בלתי תלויות, של שיכון המשטחים במרחב התלת־ממדי, הוא סלל את הדרך למושג היריעה, היא מרחב מתמטי מופשט העומד בזכות עצמו, ללא קשר לשיכון שלו במרחב בממד גבוה יותר. מעבר לחשיבותו המתמטית המכוננת, למשפט היו גם השלכות פילוסופיות בדמות דחיית הטענה של עמנואל קאנט על הטבע האפריורי של הגאומטריה האוקלידית.
הישגיו של גאוס > אנליזה נומרית

בעבודתו היומיומית גאוס נעזר לעיתים קרובות באלגוריתמים יעילים כדי לפשט את עבודתו. כיוון שלעיתים קרובות הוא נעזר בעדות מספרית אמפירית כדי למצוא חוקיות מתמטית בתחומי המחקר שלו (למשל במקרה של משפט המספרים הראשוניים), השימוש באלגוריתמים יעילים היה חיוני עבורו. בהקשר זה, גאוס עשה תרומות רבות לאנליזה נומרית והמציא אלגוריתמים מתמטיים רבים. ב-1814 הוא פרסם את מאמרו הארוך יחסית על אינטגרציה נומרית "שיטה חדשה לחישוב ערכי אינטגרלים על ידי קירוב", בו תיאר את שיטת התרבוע הגאוסיאני (Gaussian quadrature). המאמר היווה השראה עבור חוקרים רבים בתחום להמשיך לפתח את הכלים של האינטגרציה הנומרית.
במכתב לתלמידו גרלינג מ-1823 הוא תרם תרומה מוקדמת חשובה לאלגברה ליניארית נומרית, כאשר תיאר תהליך פתרון של מערכת משוואות ליניאריות מסדר 4X4 באמצעות גרסה של שיטת גאוס-זיידל - שיטה איטרטיבית לפתרון "לא ישיר" של מערכות ליניאריות, שבמקרים מסוימים מתכנסת מהר יותר לפתרון מאשר השיטה הישירה. הוא טען במכתב שהשיטה הלא ישירה תובענית פחות מבחינה חישובית, ו"שניתן להשתמש בה במצב של חצי-שינה, או במהלך חשיבה על דברים אחרים", והמליץ עליה על פני השיטה הישירה במקרים של מערכות מסדר שלישי ומעלה.
בהקשר של עבודתו האסטרונומית, גאוס פיתח במאמרו הארוך "שיטה חדשה לטיפול בתאוריית האינטרפולציה" מ-1805 את הגרסה המוקדמת ביותר של ה-FFT (אלגוריתם ה-Fast Fourier Transform) - התמרת פורייה מהירה, שתואר כ"אלגוריתם הנומרי החשוב ביותר של זמננו". הוא נעזר באלגוריתם זה כדי לעשות אינטרפולציה על מסלוליהם של פאלאס ויונו. למעשה, האלגוריתם שלו דומה לאלגוריתם הגנרי של ה-FFT ומתייחס למקרה כללי יותר מאשר בגרסה הידועה כ-radix 2; במאמר 28 של חיבורו זה הוא הדגים את פעולת האלגוריתם שלו למקרה של פאלאס, בו מתקבלת סדרה בעלת מספר פריק ( N=p\cdot q) של ערכים השונה מחזקה של שתיים (במקרה של פאלאס התקבלה סדרה בעלת 12 ערכים). מבחינה היסטורית, חיבור זה לא היה חסר השפעה, שכן עותקים ספורים שלו הגיעו למכריו של גאוס ולמתמטיקאים נוספים במהלך המאה ה-19.
בהקשר של חקירותיו על הממוצע האריתמטי גאומטרי, הוא המציא את אלגוריתם גאוס-לז'נדר, שיצר (יחד עם תרומות של חוקרים רבים אחרים) את הבסיס לכמה מהאלגוריתמים המהירים ביותר לחישוב פאי. הישגים אחרים שלו כוללים פיתוח אלגוריתם יעיל לחישוב לוגריתמים, המבוסס על הממוצע האריתמטי גאומטרי. כמו כן, גאוס פרסם טבלאות לוגריתמים שיחד עם עבודתו של Z. Leonelli יצרו את הבסיס למערכת המספרים הנקראת כיום LNS - או Logarithmic number system. עבודתו בתחום הוקרה בכך שקראו לטכניקות מסוימות לחישוב לוגריתמים בשם "לוגריתמים גאוסיאניים".