Este es un problema sutil. Primero vamos a presentar un ejemplo numérico para ver la cabeza-rascarse la adivinanza.
Suponga que $$\alpha =1/2 \implica Y = K^{1/2}L^{1/2}$$
y que el exógenamente determinado los precios de los insumos son
$$r=1/8,\,\, w=4.$$
La f.o.c
$$\begin{casos} \frac {Y}{2K} = 1/8 \\
\\
\frac{Y}{2L} = 4 \end{casos} \implica K/4 = 8L \implica \left(L/K\derecho)^* = 1/32$$
Esto nos da el valor de $L/K$ que satisface tanto las condiciones de la orden.
Pero vamos a seguir el OP de la lógica, y escribir o resolver la f.o.c. como
$$\begin{casos} \frac {K^{1/2}L^{1/2}}{2K} = 1/8 \\
\\
\frac{K^{1/2}L^{1/2}}{2L} = 4 \end{casos} \implica \begin{casos} \frac {L}{K} = 1/16 \\
\\
\frac{L}{K} = 1/64 \end{casos}$$
Oops. El sistema que ahora parece imposible. Pero parece que por encima de nosotros hemos resuelto el mismo sistema. Y no hicimos nada ilegal operación matemática, como la división por cero o nada, así que ¿cómo es posible la obtención de los anteriores resultados contradictorios?...
Pero, de hecho, hicimos algo "ilegal", aunque no en términos de operaciones matemáticas en el sentido estricto de la palabra: mediante la resolución de cada una de las f.o.c. por separado con respecto a $L/K$ hemos transformado en un problema de optimización de una función bivariante que conduce a un sistema con dos incógnitas y dos ecuaciones, en un problema de resolver un sistema con un desconocido ($L/K$), y dos ecuaciones.
No es de extrañar entonces que se tiene una solución única para combinaciones específicas de los parámetros exógenos, que se expresa por la eq. $(4)$ de la OP. Pero esto ya no es maximizar las ganancias problema de la competitividad de la empresa.
Otra manera de decirlo es que, dado que lo que es tratada como exógena aquí es el precio de los insumos, no todas las entradas relaciones de satisfacer la f.o.c.