חידה יפה, הנה הפתרון:
כלל מפתח בבעיות שקילה והוא היסוד לפתקון גם כאן- כאשר יש 3 כדורים, אחד מזוייף וידוע אם הוא כבד או קל- מספיקה שקילה אחת. (שמים כדור מול כדור, אם המאזניים מאוזנות- הכדור המזוייף הוא הנותר , אם הן נוטות- נדע מיהו המזוייף כי ידוע אם הוא כבד או קל)
הנה כאמור, הפתרון:
שמים 4 כדורים בכל אחד מצדי המאזניים.
מקרה א'- המאזניים מאוזנות. המשמעות היא שכל שמונת הכדורים שעל המאזניים אינם מזוייפים.
עכשיו לוקחים 3 מתוך ארבעת הכדורים שנשארו (מאלה שלא היו על המאזניים) ושוקלים אותם מול 3 כדורים ששמנו על המאזניים. אם המאזנייים עדיין מאוזנות- הכדור המזוייף הוא הכדור שנותר בצד.
אם הן נוטות- אנחנו יודעים שמדובר באחד משלושת הכדורים ה"חדשים" (ששמנו רק עכשיו על המאזניים) ואנחנו יודעים גם אם המזוייף הוא כבד או קל- אם המאזנייים נוטות לצד של החדשים -הוא כבד, ואם לצד של "כדורי המבחן- הואא קל. עכשיו נשארו 3 כדורים "חשודים" מתוכם אחד מזוייף וידוע אם הוא כבד או קל, ועוד שקילה אחת. הצלחנו.
מקרה ב'- המאזניים נוטות לצד כלשהו. עכשיו יש 8 כדורים שאחד מהם מזוייף- 4 (בצד שהמאזניים נטו אליו) ה"כבדים"- כלומר שייתכן ואחד מהארבעה הוא מזוייף וכבד, ו-4 בצד השני, ה"קלים", שייתכן שאחד מהם מוזייף וקל. בנוסף יש 4 כדורים אמיתיים, שייקראו כדורי בוחן. השלב הבא יהיה השלב הקשה והיפה מכולם: בצד הימני של המאזניים נשים את ארבעת כדורי הבוחן (שידוע שאף אחד מהם לא מזוייף) ונוסיף להם כדור שחשוד כקל. בצד השמאלי נשים שלושה כדורים שחשודים כקלים ועוד שניים שחשודים ככבדים. כעת נשקול; אם המאזניים נוטות כלפי הצד הימני (4 בוחן ואחד קל)- הכדורים היחידים שיכולים לגרום לזה הם שלושת הקלים שבצד השמאלי. יש לנו 3 כדורים שאחד מהם חשוד כקל ושקילה אחת- הצלחנו. אם המאזניים מאוזנות- אף אחד מהכדורים שעליהם לא מזוייף- לכן אחד משני הכדורים שחשודים ככבדים שלא הונחו על המאזניים מזוייף. אין בעיה בשיקלה אחת לדעת מיהו.
אם הצד השמאלי (עם שלושת הקלים ושני הכבדים) הוא הצד שאליו נוטות המאזניים- הכדורים החשודים הם שני הכבדים שבצד הזה או הכדור הקל שבצד השני. עכשיו נשקול את שני הכבדים אחת בכל צד. אם המאזניים נוטות לאיזשהו צד- הכדור שבצד הוא המזוייף (כי הוא הכבד). אם הן מאוזנות, הכדור המזוייף הוא הקל .