Vado con la prima parte della soluzione.
Resta inteso che potrebbe non essere corretta nel caso in cui risulti impossibile trovare la pallina dopo aver fatto la prima pesata di 2 gruppi di 4 palline, e aver riscontrato una diversità.
Partiamo.
Divido le 12 palline in 3 gruppi di 4. Prendo 2 gruppi e trovo che il loro peso è uguale. Deduzione: la pallina che cerco è nell'altro gruppo.
Per comodità chiamiamo i primi 2 gruppi A e B, e il terzo gruppo C.
A questo punto prendo 3 palline dal gruppo A e 3 dal gruppo C.
CASO 1: se il peso delle 3 palline di A e quello delle 3 palline di C è uguale, la pallina incriminata è quella che è rimasta esclusa del gruppo C. Non faccio altro che confrontarla (3° pesata) con una qualsiasi delle altre palline e vedere se è più pesante o più leggera.
CASO 2: se le 3 palline di A e le 3 di C non pesano allo stesso modo, la pallina che cerco è una delle 3 di C che ho pesato, e posso vedere subito se è più pesante o più leggera. (cioè, se 3A>3C, la pallina è più leggera, o viceversa)
A questo punto, fra le 3 palline del gruppo C ne prendo 2. Se pesano allo stesso modo, quella che cercavo io è l'altra. Se non pesano allo stesso modo, la pallina che cerco è la più pesante, o la più leggera, a seconda di quanto avevo dedotto nella 2° pesata.
Un po' contorto, spero di essermi fatto capire...
Ora c'è la parte più difficile!
Il procedimento è giusto finora?