1) Взвешиваем 2 монеты.
Если это 3 и 5, то монета 5 перевесит, и тогда сразу ясно.
Тяжелая 5, легкая 3, а третья 4.
Если это 4 и 3 или 4 и 5, то будет равенство.
2) Заменяем одну из монет на третью.
Если были 3 и 4 и мы заменили монету 4 на 5, то монета 5 перевесит.
Если были 4 и 5 и мы заменили 4 на 3, то опять монета 5 перевесит.
Тогда сразу ясно, где какая.
Если были 3 и 4 и мы заменили 3 на 5, то стало 4 и 5.
Если было 4 и 5 и заменили 5 на 3, то стало 3 и 4.
В обоих случаях второе взвешивание опять дает равенство.
3) Убираем монету, которую мы не трогали, это по-любому 4.
Сравниваем две оставшиеся, это будут 3 и 5. Монета 5 перевесит.
И теперь, наконец, все окончательно ясно.