Для удобства решения пронумеруем монеты.
Положим на весы 1-ю и 2-ю монеты, если монеты весят одинаково, то фальшивая
3-я или 4-я, тогда взвесим 2-ю и 3-ю монету, если монеты весят одинаково, то фальшивая 4-я, а если не одинаково, то фальшивая 3-я.
Если при первом взвещивании монеты весят по разному, то фальшивая 1-я или 2-я, взвесим 3-ю и 2-ю монеты, если они весят одинаково, то фальшивая - 1-я, если вес у них разный, то фальшивая 2-я.