Preuve n'est pas faux, mais on dit plutôt démonstration en mathématiques, et plus généralement en sciences. C'est plus une question d'usage que de sens. La nuance est subtile. Une expérience de physique peut démontrer expérimentalement une théorie, mais on dit alors que la théorie a une preuve expérimentale.
Je ne dirais pas une « démonstration fallacieuse » même si d'autres se le permettent. Une démonstration est par définition correcte, sinon ce ne serait pas une démonstration. Ici le bon terme est raisonnement fallacieux : un raisonnement est une succession d'idées et de déductions qui n'est pas forcément correcte à priori.
Pour les étapes, le participe présent (ce n'est pas un participe passé !) convient, avec la préposition en : « en multipliant », etc. (Je ne suis pas sûr que le terme gérondif soit encore enseigné en France de nos jours pour « en + participe présent », je l'associe à l'apprentissage de la grammaire latine.) Mais je trouve que la présentation est un peu bizarre, il semble manquer des verbes. J'écrirais plutôt
En multipliant les deux côtés par x, on obtient …
Cela fait partie du style qui consiste à écrire impersonnellement, en utilisant le pronom on. Ce style évite tout pronom personnel et utilise des formules telles que « d'après le théorème machin, on a … » ou « le théorème machin permet de conclure que … ». Une autre manière de rédiger dans ce style, peut-être plus fréquente, est d'utiliser la préposition par.
Par multiplication des deux côtés par x, on obtient …
Les démonstrations mathématique sont souvent rédigées à la première personne du pluriel, à l'impératif présent lorsqu'il s'agit d'effectuer une opération et à l'indicatif présent lorsqu'il s'agit d'une constatation. « Nous » inclut l'auteur du texte et le lecteur.
Multiplions les deux côtés par x : …. Nous en concluons que x = 0.
Ici on peut aussi utiliser l'impératif avec le vous de politesse (« multipliez » — avec le verbe au pluriel, mais d'éventuels adjectifs au singulier). Cela permet de distancier l'auteur d'un raisonnement faux : l'auteur n'est pas en train de faire une démonstration mathématique, mais enjoindre le lecteur à faire une expérience de raisonnement. L'infinitif est aussi possible pour décrire un algorithme.
« Il a été prouvé » peut à la rigueur passer, mais je trouve le passif « il a été supposé » vraiment trop lourd. Là il n'y a pas vraiment de choix, c'est la première personne du pluriel qui est la plus naturelle. De plus, en français, la conjonction or s'impose ici pour rappeler une hypothèse passée. Elle est très courante dans les raisonnements (mathématiques et autres).
Nous avons prouvé que x = 0. Or nous avions initialement supposé que x = 1. Nous en concluons que 1 = 0.
(On peut aussi faire une seule phrase avec des virgules.)