Problem

Source: 2025 Korea winter program practice test P2

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Let $P$ and $Q$ be non-constant integer-coefficient monic polynomials, and let $a$ and $b$ be integers satisfying $| a | \geq 3$ and $ | b | \geq 3$. These satisfy the following conditions for all positive integers $n$: $$ P(n) \mid Q(n)^2 + aQ(n) + 1, \quad Q(n) \mid P(n)^2 + bP(n) + 1. $$Determine all possible ordered pairs $(a+b, \deg P)$.

HIDE: Original wording 상수다항식이 아닌 최고차항의 계수가 1인 정수계수다항식 $P$, $Q$와 정수 $a$, $b$($| a |, | b | \geq 3$)가 모든 양의 정수 $n$에 대해 $$P(n) \mid Q(n)^2 +aQ(n)+1, \quad Q(n) \mid P(n)^2+bP(n)+1$$을 만족한다. 이때 가능한 모든 $(a+b, \deg P)$ 순서쌍을 구하여라.