В классе 235 ребят. Спортом занимаются – 130,
программированием - 115, танцами - 153.Одновременно
спортом и программированием - 56, программированием и
танцами - 73, танцами и спортом -Х. Ничем не занимаются – 15.
Во всех трех секциях занимаются - 48
-

Пусть выбраны гирьки с массами M1, M2, ..., Mn и ими удалось массу X. 

Тогда имеет место равенство X = a1 * M1 + a2 * M2 + ... + an * Mn,
где ai = 0, если i-ая гирьке не участвовала в взвешиваниях, -1, если лежала на той же чаше весов, что и масса, которкю нужно отмерить, и +1, если на другой чаше весов. 

Каждый из коэффициентов принимает одно из трёх значений, тогда при гирек можно отмерить не более, чем 3^n различных масс. 3^3 < 40 + 1 < 3^4, значит, гирек нужно не менее четырёх. 

Докажем, что взяв гирьки с массами 1, 3, 9 и 27, можно отмерить любую массу от 1 до 40. Будем это делать по индукции, доказав, что при гирек 1, 3, 9, ..., 3^k можно отмерить любую массу от 1 до (3^k - 1)/2.

База индукции. При одной гирьки массой 1 действительно можно отмерить массу 1.
Переход. Пусть для k = k' всё доказано. Докажем и для k = k' + 1.
- Если нужно отмерить массу X <= (3^k' - 1)/2, то это можно сделать при гирек. 
- Пусть надо отмерить массу (3^k' - 1)/2 < X <= (3^(k' + 1) - 1)/2. Кладём на другую чашу весов гирьку массой 3^k'. Тогда остаётся нескомпенсированная масса |X - 3^k'| <= (3^k' - 1)/2, которую, по предположению, можно получить. Ура!

ответ. 1, 3, 9, 27.

Учитывая, что 8 букв можно переставить примерно 40 тысячами можно просто запустить поиск в ширину, сохранить для всех перестановок то, из какой строчки они получились, и потом восстановить ответ для строчки abcdefgh.

Код на python 3:
from queue import Queue

to_process = Queue()
to_process.put(("edghcbfa", None))
prec = {}

while not to_process.empty():
    s, prev = to_process.get()
    if s in prec:
        continue
    for i in range(7):
        for j in range(i + 1, 8):
            if i == 0:
                next_s = s[j::-1] + s[j+1:]
            else:
                next_s = s[:i] + s[j:i-1:-1] + s[j+1:]
            if next_s not in prec:
                to_process.put((next_s, s))
    prec[s] = prev

current = "abcdefgh"
print(current)
while prec[current] is not None:
    current = prec[current]
    print(current)

Вывод программы:
abcdefgh
edcbafgh
edcbhgfa
edbchgfa
edghcbfa

Соответственно, ответ такой:
G B
B C
H A
E A