Фразу "пусть

— вещественнозначная функция, определённая на множестве

" я однозначно понимаю как указание на то, что

и есть область определения функции

. Формула "

" совершенно определённо на это указывает.
То есть Вы понимаете

именно как область определения, вовсе не обязательно совпадающую с естественной, верно?
Откуда тут вообще взялась какая-то "естественная область определения"? Разве где-нибудь было сказано, что

— элементарная функция? Разве кто-нибудь упоминал здесь элементарные функции?
И даже если вдруг

— это ограничение какой-нибудь элементарной функции на множество

, то всё равно процитированная мной фраза однозначно указывает на то, что про естественную область определения нужно намертво забыть и рассматривать функцию

исключительно на множестве

.