В 1798 году выходит в свет «Опыт теории чисел» — фундаментальный труд, итог арифметических достижений XVIII века.
Книга выдержала три переиздания ещё при жизни Лежандра.
Многие доказательства в книге были нестрогими или даже отсутствовали вовсе.
В то время, до Чебышева, вопросы распределения простых чисел решались экспериментально, путём наблюдений и не всегда обоснованных предположений.
Таким образом французский математик Лежандр установил, что в пределах первого миллиона число простых чисел, меньших x, приблизительно равно:[7]
Данную асимптотическую формулу для функции распределения простых чисел Лежандр предложил во втором издании (без доказательства).
В вариационном исчислении Лежандр установил признак существования экстремума.
Для среднего образования выдающееся значение имел его превосходный учебник «Éléments de géométrie» («Начала геометрии», 1794), выдержавший несколько изданий при его жизни, множество переводов и, сверх того, посмертные переработки другими авторами. Достоинства этого учебника не испортили даже безуспешные попытки автора доказать в этой книге пятый постулатЕвклида. В разных изданиях книги Лежандр дал целых три доказательства V постулата, все ошибочные.
Лежандра преследовал какой-то злой рок — стоило ему сделать выдающееся открытие, как тут же оказывалось, что другой математик сделал то же самое немного раньше.
Даже те его открытия, приоритет которых никто не оспаривал, часто в самом скором времени перекрывались чужими, более общими результатами.
Например, по поводу авторства метода наименьших квадратов, которым Лежандр особенно гордился, он имел приоритетный спор с Гауссом, который открыл этот метод независимо и раньше Лежандра (1795), но опубликовал позже.
Многолетние труды Лежандра по эллиптическим функциям были во многом обесценены после появления классических работ Абеля и Якоби.