Я бы сказал, что это вопрос больше не про понятие функции, а про способ задания функции. И этих способов может быть много разных. Если мы захотим, чтобы график функции (множество всех тех пар) был подмножеством именно множества

и при этом чтобы туда входило наибольшее возможное число пар, то тогда действительно у нас получится только функция с графиком

и при этом она не будет функцией с областью определения

, а лишь функцией с областью определения

. В большинстве случаев мы задаём область определения в точности, и области значений придётся быть достаточно большой, чтобы уместить все значения функции, а вот способ как у вас я если и встречал, то не помню об этом.