Hola,
Este es un problema bastante majo, así que vale la pena que lo pienses bien. Sigue la sugerencia. Por ejemplo, que

quiere decir que, como

,
para toda valuación v 
, esto es, para cualquier valuación v, siempre que

también

. Y por otro lado como

,
existe una valuación v' tal que

pero

.
Sigue este proceso para imponer condiciones sobre lo que tienen que cumplir valuaciones sobre

,

y

. Una vez hecho esto deberías ver cómo tienes que definir

para que funcione. Piensa que

debe ser una combinación de

,

y tu nueva variable

.
El hecho de que

no aparezca en

ni en

se usa para, por ejemplo, cuando tienes que mostrar

, construir una valuación v tal que

del siguiente modo: sabemos por la hipótesis (párrafo anterior) que existe una valuación v' tal que

pero

. Ahora define una nueva valuación v tal que

para todo

, y

. Como

no aparece en

ni en

sigues teniendo

y

, y si has construido tu fórmula

de manera que cuando

y

entonces

, v es una valuación que muestra que efectivamente

.
Espero que con estas pistas y pensando un poco tengas bastante. Si aún así no te sale, pon lo que has intentado y hasta dónde has llegado y le echamos un vistazo.
Saludos