Lời giải:
Bổ sung thêm ĐK $x$ nguyên
$P=\frac{(3x^2+1)-3}{3x^2+1}=1-\frac{3}{3x^2+1}$
Để $P$ là số nguyên thì $\frac{3}{3x^2+1}$ là số nguyên
$\Rightarrow 3x^2+1$ là ước dương của $3$
$\Rightarrow 3x^2+1\in\left\{1;3\right\}$
$\Rightarrow x^2\in\left\{0; \frac{2}{3}\right\}$
Vì $x$ nguyên nên $x^2=0$
$\Rightarrow x=0$
Thử lại thấy thỏa mãn.