【解答】
題意の方程式
を についてとくと のもとで,
である.
ここで の時は である.
の時は となるが(式1)を満たさず不適である.
一方で の時 となるが より,(有理数)=(無理数) となり矛盾する.
したがって のもとで考えれば良い.
そこで以下(式2)について考える. が解になるのは以下の3パターンのいずれかである.
のいずれかである.
の時
(式2)から ,である.しかし の時 とならず, に不適である.
の時
(式2)から である.これはの時 のみ をみたす.よって求める組は である.
の時
よりだから, を代入して条件をみたす をあげると,
である.このうち(式2)で となるのは のみである.
以上の場合分けで全ての場合が尽くされた.よって求める組は
である.