Peter wrote:
Find all pairs $ (m,n)$ of integers that satisfy the equation
\[ (m - n)^{2} = \frac {4mn}{m + n - 1}.
\]
Case 1 $ m=n$ then $ m=n=0$
$ m,n$ distint.
Suppose $ m>n$
$ (m-n)^2|4mn$
Let $ d=gcd(m,n)$ then
$ m=da,n=db$
$ \Rightarrow (a-b)^2|4ab$
But $ \gcd(a-b,ab)=1$ so $ a-b|2$
So $ a-b=1$ or $ a-b=2$
1. $ a-b=1$ so $ a=b+1$
$ d^2(d(a+b)-1)=4d^2ab$
$ \Rightarrow d(a+b)-1=4ab$
$ d(2b+1)-1=4b(b+1)$
$ d=2b+1$
So $ m=(2b+1)(b+1),n=(2b+1)b$
Case 2 $ a=b+2$
$ 4d^2(d(a+b)-1)=4d^2ab$
$ d(2b+2)-1=(b+2)b$
$ \Leftrightarrow d=\frac{b+1}{2}$
So $ m=\frac{(b+2)(b+1)}{2},n=\frac{b(b+2)}{2}$