Deinen Beweis kann ich nicht so recht nachvollziehen.
Es geht doch um eine Mengengleichheit.
8Z\3Z=(8+24Z)∪(16+24Z)
Das macht man ja meistens so
Sei x∈8Z\3Z   ==>    x∈(8+24Z)∪(16+24Z)
und umgekehrt:
Sei    x∈(8+24Z)∪(16+24Z) ==> Sei x∈8Z\3Z .
Also würde ich so beginnen:
x∈8Z\3Z  ==>  8|x  und  ¬(3|x)
          ==>  Es gibt k∈ℤ  mit x=8*k   und    ¬(3|x)
            ==>  Es gibt k∈ℤ  mit x=8*k    und    ¬(3|k)
          ==>  Es gibt k∈ℤ  mit x=8*k    und    ∃n∈ℤ k=3n+1 oder k=3n+2
         Für x=8k und k=3n+1 folgt x = 8(3n+1) = 24n+8 ==>  x∈(8+24Z)
         für  x=8k und k=3n+2 folgt x = 8(3n+2) = 24n+16 ==>  x∈(16+24Z)
 also    x∈(8+24Z)∪(16+24Z)
ungekehrt:  Sei  x∈(8+24Z)∪(16+24Z).
==>     ∃n∈ℤ       x= 24n+8  oder  24n+16
In beiden Fällen ist x durch 8 teilbar , aber sicher nicht durch 3,
weil 24n durch 3 teibar ist, aber 8 und 16 beide nicht.
==>  x∈8Z\3Z