Двенадцать монет

Имеется 12 одинаковых на вид монет, одна из которых фальшивая, но неизвестно, легче она или тяжелее, чем другие. Как за 3 взвешивания на равноплечих весах без гирь найти фальшивую?

Занумеруем монеты числами от 1 до 12.

Кладём на чаши наборы 1, 2, 3, 4 и 5, 6, 7, 8. Возможны два случая:

  1. Весы в равновесии. Это значит, что фальшивая среди оставшихся монет с номерами от 9 до 12. Сравниваем монеты 9 и 10 с 1 и 2. Возможны 2 варианта:
    1. Если весы в равновесии, то фальшивая одна из двух — 11 или 12. Сравниваем монету 11 с монетой 1. Если равновесие, то фальшивая монета 12, в противном случае фальшивая монета 11.
    2. Если равновесия нет, то фальшивая — одна из 9 и 10, причем известно даже, легче она или тяжелее настоящей. Аналогично предыдущему случаю, фальшивая монета находится сравнением монеты 9 с монетой 1. (Либо можно просто сравнить 9 и 10 между собой, так как мы уже знаем, легче фальшивая монета или тяжелее.)
  2. Одна из чаш (для определённости — левая) легче, значит, фальшивая монета среди взвешиваемых. Кладём на чаши наборы 9, 10, 11, 4 и 1, 2, 3, 8. Возможны три случая:
    1. Левая чаша по-прежнему легче. Тогда фальшивая одна из двух монет: 4 или 8 (их положение не менялось). Сравниваем монету 4 с монетой 1. Если равновесие, то фальшивая монета 8, в противном случае фальшивая монета 4.
    2. Весы уравновесились. Фальшивая одна из монет 5, 6, 7, причём она тяжелее настоящей. Сравниваем монеты 5 и 6. Если они равны по весу, то фальшивая монета 7, в противном случае фальшивая та из них, которая оказалась тяжелее.
    3. Легче стала правая чаша. Фальшивая одна из монет 1, 2, 3, причём она легче настоящей. Аналогично предыдущему варианту, фальшивая монета определяется сравнением монет 1 и 2.