zygomatique, en ce qui me concerne, ce n'est pas du tout un problème de rigueur, donc dans la façon que tu as de rédiger je de dirais surement pas qu'il y a quoi que ce soit qui "pèche" quelque part.
C'est un problème de pédagogie.
Par exemple la ligne où tu démontre l'équivalence

où tu part du truc connu pour arriver à celui qu'on doit démontrer de façon à ce que tes différent = ne soit pas des =? mais des "vrais =", ben on va dire que je la trouve pas mal "artificielle", c'est à dire que ça me semble bien plus "naturel" si on l'écrit les égalités dans l'autre sens en partant de la dernière (avec un =?) jusqu'à la première où on conclue que les égalités sont en fait vraies vu l'hypothèse faite.
Et,
bien évidement, au niveau formel, ça ne change absolument rien vu que P<=>Q c'est la même chose que Q<=>P.
De même toute la suite concernant les implications, je suis d'accord sur le fait que c'est parfaitement juste au niveau logique.
Bref, je le redit une deuxième fois : la notion d'équivalence, ça semble (vu les élèves actuels) être considéré comme "compliqué" et je pense que,
pédagogiquement parlant, on pourrait
l'introduire (au collège) à travers cette notion de =? qui correspond selon moi à dire que telle
question (dont on ne connait pas encore la réponse Vrai/Faux) c'est en fait la même que telle autre
question (dont on ne connait pas non plus la réponse).
Sinon, concernant le "vécu" du collège, en ce qui me concerne, ça date (beaucoup), mais le vague souvenir que j'en ait, c'était plutôt sous la forme qu'on me donnait
des outils (=cours), de très nombreux exemples d'utilisations de ces outils (=exercices), mais qu'on me laissait parfaitement libre d'utiliser ces outils à ma guise.
C'est à dire qu'il n'y avait pas de liste
exhaustive (comme la tienne) des méthodes à appliquer dans tel ou tel cas et que les exercices "difficiles", ça consistait justement à trouver une nouvelle façon de se servir d'un outil connu.
P.S. : Au niveau vocabulaire, visiblement je ne l'emploie pas dans le même sens toi : pour moi la liste que tu donne, ce ne sont pas des "outils", mais des "méthodes".
Pour moi, les "outils" (dans ce type de contexte), c'est la commutativité de +, la distributivité de x sur +, etc...
(ne pas perdre de vue que tout ça, le moins qu'on puisse dire, c'est que c'était pas enseigné comme aujourd'hui...)