Договоримся для простоты описания: назовём монету отличающийся весом от других "фальшивой", а остальные настоящими.
Разделим 9 монет по 3 на 3 группы.
1-взвешивание: положим на 1-ю чашу весов первую группу монет, а на 2-ю чашу весов вторую группу монет. Возможны случаи:
1-а) весы равны, тогда фальшивая монета в третьей группе. Продолжим для этого случая взвешивание.
2-взвешивание: положим на 1-ю чашу весов первую монету, а на 2-ю чашу весов вторую монету из третьей группы монет. Возможны случаи:
аа) весы равны, тогда фальшивая монета - это третья монета. Продолжим взвешивание и на 2-ю чашу весов положим фальшивая монету: узнаем легче или тяжелее чем настоящая монета из первой чаши;
аб) весы не равны, тогда один из монет фальшивая - оба монеты перенесём на 2-ю чашу. Отсюда, все монеты вне чаши - настоящие. Продолжим для этого случая взвешивание.
3-взвешивание: положим на 1-ю чашу весов 2 настоящие монеты: узнаем легче или тяжелее вместе фальшивая и настоящая монета чем настоящие монеты из первой чаши. Отсюда, если настоящие монеты тяжелее, то фальшивая легче, или если настоящие монеты легче, то фальшивая тяжелее.
1-б) весы не равны, тогда все монеты третьей группы настоящие. Продолжим для этого случая взвешивание.
2-взвешивание: оставим на 1-й чаше весов монеты, а на 2-ю чашу весов положим все монеты третьей группы, про которых знаем, что они настоящие. Возможны случаи:
ба) весы равны, тогда фальшивая монета находится в группе вне чаши весов, а в чашах находятся настоящие монеты. Монеты из 2-й чаши заменим с группой монет с фальшивой монетой.
3-взвешивание: если настоящие монеты в 1-й чаше тяжелее, то фальшивая легче, или если настоящие монеты легче, то фальшивая тяжелее.
бб) весы не равны, тогда если монеты в 1-й чаше тяжелее, то фальшивая тяжелее, или если монеты в 1-й чаше легче, то фальшивая легче. В этом случае 3-взвешивание не понадобился.
Мы не знаем, легче эта монета или тяжелее. Делим 9 монет на 3 кучки по 3 монеты. Сравниваем две кучки. 1) Кучки равны. Эти 6 монет нормальные, а фальшивая в 3 остальных. 2 взвешиванием сравниваем эти 3 монеты с 3 нормальными. Узнаем, легче фальшивая или тяжелее нормальной. Пусть будет легче. Берем эти 3 монеты (одна из которых фальшивая) и сравниваем две. Это 3 взвешивание. Если одна легче другой - то она фальшивая. Если монеты одинаковы - то фальшивая третья.
2) Кучки неравны. Значит, фальшивая монета - одна из этих 6. 2 взвешиванием сравниваем тяжелую кучку с 3 остальными монетами. Если тяжелая кучка по-прежнему тяжелее, значит, фальшивая монета в ней и она тяжелее настоящей. Тогда 3 взвешиванием сравниваем 2 монеты из тяжелой кучки. Какая монета тяжелее, та и фальшивая. Если они равны, то третья. Если тяжелая кучка равна нормальной, значит, фальшивая монета в легкой кучке, и она легче настоящей. Тогда 3 взвешиванием берем легкую кучку и сравниваем 2 монеты. Если одна монета легче, то она фальшивая. Если они равны, то третья.
С некоторыми ухищрениями можно найти фальшивую монету из 12 монет за 3 взвешивания, и установить, легче она или тяжелее. И даже из 13 монет, но легче она или тяжелее - останется неизвестным.
Договоримся для простоты описания: назовём монету отличающийся весом от других "фальшивой", а остальные настоящими.
Разделим 9 монет по 3 на 3 группы.
1-взвешивание: положим на 1-ю чашу весов первую группу монет, а на 2-ю чашу весов вторую группу монет. Возможны случаи:
1-а) весы равны, тогда фальшивая монета в третьей группе. Продолжим для этого случая взвешивание.
2-взвешивание: положим на 1-ю чашу весов первую монету, а на 2-ю чашу весов вторую монету из третьей группы монет. Возможны случаи:
аа) весы равны, тогда фальшивая монета - это третья монета. Продолжим взвешивание и на 2-ю чашу весов положим фальшивая монету: узнаем легче или тяжелее чем настоящая монета из первой чаши;
аб) весы не равны, тогда один из монет фальшивая - оба монеты перенесём на 2-ю чашу. Отсюда, все монеты вне чаши - настоящие. Продолжим для этого случая взвешивание.
3-взвешивание: положим на 1-ю чашу весов 2 настоящие монеты: узнаем легче или тяжелее вместе фальшивая и настоящая монета чем настоящие монеты из первой чаши. Отсюда, если настоящие монеты тяжелее, то фальшивая легче, или если настоящие монеты легче, то фальшивая тяжелее.
1-б) весы не равны, тогда все монеты третьей группы настоящие. Продолжим для этого случая взвешивание.
2-взвешивание: оставим на 1-й чаше весов монеты, а на 2-ю чашу весов положим все монеты третьей группы, про которых знаем, что они настоящие. Возможны случаи:
ба) весы равны, тогда фальшивая монета находится в группе вне чаши весов, а в чашах находятся настоящие монеты. Монеты из 2-й чаши заменим с группой монет с фальшивой монетой.
3-взвешивание: если настоящие монеты в 1-й чаше тяжелее, то фальшивая легче, или если настоящие монеты легче, то фальшивая тяжелее.
бб) весы не равны, тогда если монеты в 1-й чаше тяжелее, то фальшивая тяжелее, или если монеты в 1-й чаше легче, то фальшивая легче. В этом случае 3-взвешивание не понадобился.
Делим 9 монет на 3 кучки по 3 монеты. Сравниваем две кучки.
1) Кучки равны. Эти 6 монет нормальные, а фальшивая в 3 остальных.
2 взвешиванием сравниваем эти 3 монеты с 3 нормальными.
Узнаем, легче фальшивая или тяжелее нормальной. Пусть будет легче.
Берем эти 3 монеты (одна из которых фальшивая) и сравниваем две.
Это 3 взвешивание. Если одна легче другой - то она фальшивая.
Если монеты одинаковы - то фальшивая третья.
2) Кучки неравны. Значит, фальшивая монета - одна из этих 6.
2 взвешиванием сравниваем тяжелую кучку с 3 остальными монетами.
Если тяжелая кучка по-прежнему тяжелее, значит, фальшивая монета в ней и она тяжелее настоящей.
Тогда 3 взвешиванием сравниваем 2 монеты из тяжелой кучки.
Какая монета тяжелее, та и фальшивая. Если они равны, то третья.
Если тяжелая кучка равна нормальной, значит, фальшивая монета в легкой кучке, и она легче настоящей.
Тогда 3 взвешиванием берем легкую кучку и сравниваем 2 монеты.
Если одна монета легче, то она фальшивая. Если они равны, то третья.
С некоторыми ухищрениями можно найти фальшивую монету из 12 монет за 3 взвешивания, и установить, легче она или тяжелее.
И даже из 13 монет, но легче она или тяжелее - останется неизвестным.