高斯大学毕业后，斐迪南公爵承诺的义务即告完成。高斯在找工作中遇 到了困难。他只收了几个学生，时断时续的学费收入仅够他购买每天需要的 面包和纸张，至多只允许他偶尔喝上一杯咖啡。像高斯这样一个颇有名望的 数学家，为什么收不到学生呢？原因是高斯讲课和他著作一样字斟句酌，言 简意赅，他不重复在他看来浅显易懂的道理，这使得一般学生远远跟不上他 敏捷的思路。生活的艰辛，终于使他病倒。即使这样，高斯在致斐迪南公爵 的信中从未提起自己生活的窘迫。后来，他的朋友巴蒂尔把这个消息告诉了 公爵。斐迪南公爵又一次雪中送炭。他不仅为高斯偿还了债务，而且决定继 续提供津贴，让高斯安心研究而不致受贫穷的困扰。如果没有公爵的资助， 高斯也许不能够顺利地完成研究工作。
三、数论与 《算术研究》
1801年，高斯的名著《算术研究》问世。《算术研究》是用拉丁文写成 的。这部书是高斯大学毕业前夕开始撰写的，前后花了三年时间。1800年， 高斯将手稿寄给法国科学院，请求出版，却遭到拒绝，于是高斯只好自筹资 金发表。
在这本书的序言一开头，高斯明确地说明了本书的范围：“本书所研究 的是数学中的整数部分，分数和无理数不包括在内。”
《算术研究》是一部划时代的作品，它结束了19世纪以前数论的无系统 状态。在这部书中，高斯对前人在数论中的一切杰出而又零星的成果予以系 统的整理，并积极加以推广，给出了标准化的记号，把研究的问题和解决这 些问题的已知方法进行了分类，还引进了新的方法。全书共有三个核心课题： 同余理论、齐式论及剩余论和二次互反律。这些都是高斯贡献给数论的卓越 成就。
同余是《算术研究》中的一个基本研究课题。这个概念不是高斯首先提 出的，但是给同余引入现代的符号并予以系统研究的却是高斯。他详细地讨 论了同余数的运算、多项式同余式的基本定理以及幂的同余等各种问题。他 还运用幂的同余理论证明了费马小定理。
二次互反律是高斯最得意的成果之一，它在数论中占有极为重要的地 位。正如美国现代数学家狄克逊 （1874—1954）所说：“它是数论中最重要 的工具，并且在数论发展史上占有中心位置。”其实，高斯早在1796年就已 经得出了这个定理及其证明。发表在《算术研究》中的则是另一种证明。
从二次互反律出发，高斯相继引出了双二次互反律和三次互反律，以及 与此相联系的双二次和三次剩余理论。为了使三次和双二次剩余理论优美而 简单，高斯又发展出了复整数和复整数数论；而它的进一步结果必然是代数 数理论，这方面由高斯的学生戴德金 （1831—1916）作出了决定性的贡献。
在《算术研究》中，高斯出乎寻常的以最大的篇幅讨论了型的理论。他 从拉格朗日的著作中抽象出了型的等价概念后，便一鼓作气地提出了一系列 关于型的等价定理和型的复合理论，他的工作有效地向人们展现了型的重要 性——用于证明任何多个关于整数数的定理。正是由于高斯的带领，使型的 理论成为19世纪数论的一个主要课题。高斯关于型和型类的几何表式的论述 是如今所谓数的几何学的开端。
高斯对数论问题的处理，有许多涉及到复数。首先是对复数的承认，这 是个老问题。18、19世纪不少杰出的数学家都曾被“复数究竟是什么？”搞 不清楚。莱布尼兹、欧拉等数学大师对此一筹莫展。高斯在代数基本定理的 证明中无条件地使用了复数。这使得原先仅从运算通行性这点考虑对复数的 承认，扩大到在重大的代数问题的证明中来确认复数的地位。高斯以其对该 定理的高超证明，使数学界不仅对高斯而且对复数刮目相待。高斯不仅如此， 他又把复数带进了数论，并且创立了复整数理论。在这一理论中，高斯证明 了复整数在本质上具有和普通整数相同的性质。欧几里得在普通整数中证明 了算术基本定理——每个整数可唯一地分解为素数的乘积，高斯则在复整数 中得出并证明，只要不把四个可逆元素（±1，±i）作为不同的因数，那么 这个唯一分解定理对复数也成立。高斯还指出，包括费马大定理在内的普通 素数的许多定理都可能转化为复数的定理 （扩大到复数领域）。
《算术研究》似乎任何一个学过中学普通代数的人都可以理解，但是， 它完全不是给初学者看的。在当时，读懂这本书的人较少。困难不是详细的 计算示例而是对主题的理解和对深奥思路的认识。由于全书有7个部分，人 们风趣地称它是部“加七道封漆的著作”。
《算术研究》出版后，很多青年数学家纷纷购买此书并加以研究，狄利 克雷（1805—1859）就是其中之一。狄利克雷是德国著名数学家，对分析、 数论等有多方面的贡献。他把《算术研究》视为心爱的宝贝，把书藏在罩袍 里贴胸的地方，走到哪儿带到哪儿，一有空就拿出来阅读。晚上睡觉的时候， 把它垫在枕头下面，在睡前还读上几段。功夫不负有心人，凭着这股坚韧不 拔的毅力，狄利克雷终于第一个打开了“七道封漆”。后来他以通俗的形式 对《算术研究》作了详细的介绍和解释，使这部艰深的作品逐渐为较多的人 所理解和掌握。
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