Утв. 2. Пусть

некоторое множество, тогда

Кстати, пропустил как-то это

. Действительно, уберите его. Во-первых, если оно «некоторое», а слева не появляется — определение не получится. Во-вторых, оно там просто не нужно.
Невозможно доказать, что тангенс --- это отношение синуса к косинусу, так тангенс есть отношение синуса к косинусу по определению и понятие тангенса не следует из чего-либо. Ложно ли утв. 1?
А, дошло, что вы спрашиваете. В цитате в контексте той темы
venco говорит о другом, по-моему, а не о том, что если есть определение

, то

как будто неверно. Как раз верно, и как раз в этом случае и пишут «верно по определению». Так что да, ваше утв. 3 (без последнего вопроса, на который ответ — да) верно.
В математической логике вещи попроще. Определение там — это не какая-то особая формула (и вообще не формула), а переход от одной теории к другой, которая отличается от первой добавлением соответствующей аксиомы, содержащей новый символ (и расширением сигнатуры определяемым символом). Вашим определениям тангенса и объединения будут соответствовать определения
(1) расширяющее теорию одноместным функциональным символом

и аксиомой

;
(2) расширяющее теорию двуместным функциональным символом

и аксиомой

(или

, если запись с фигурными скобками уже определена).
Можно вводить ещё предикатные символы — типа определения

(двуместный) или сравнения по модулю (трёхместный). Заметьте, что определяющая аксиома для функционального символа не обязана содержать

. Некоторые определения просто невозможно написать так, чтобы они были вида

, где

— определяемый символ. Например, определение вычитания, если сложение определено, а смена знака — нет; оно будет выглядеть как

.