Hallo,

Muss ein als display:table definiertes Element überhaupt Kinder haben?

Nein. Aus CSS-Sicht lassen sich solche Erfordernisse nicht ausdrücken.

Also konkret wäre folgendes zulässig, oder nicht?
<div style="display:table; margin: 0 auto;">Dies ist eine Tabelle ohne Kind</div>

Ist zulässig. Zumindest wüsste ich nichts, was dagegen spricht.

Wie du sagst, ist das automatische Einfügen von fehlenden Boxen spezifiziert:
http://www.w3.org/TR/CSS21/tables.html#anonymous-boxes

Auf die Art ließen sich ja recht einfach zentrierte Block-Elemente schaffen, die auf Größe ihres Inhalts schrumpfen.

Ja. Das ginge allerdings auch mit display: inline-block, text-align: center und ggf. vertical-align: top.

Mathias