题目 设函数 $f(x)=(1-mx)\ln (1+x)$． 问题1 当 $0<x<1$ 时，函数 $f(x)$ 的图象恒在 $y=x$ 上方，求实数 $m$ 的取值范围； 答案1 $\left(-\infty,-\dfrac 12\right]$ 解析1 设 $g(x)=f(x)-x$，则函数 $g(x)$ 的导函数\[g'(x)=-m\ln(1+x)-\dfrac{(m+1)x}{x+1},\]注意到 $g(0)=g'(0)=0$，考虑 $g(x)$ 的二阶导函数\[g''(x)=-\dfrac{mx+2m+1}{(x+1)^2},\]讨论分界点为 $0,-\dfrac 12$．<br/><case>情形一</case> $m>0$．此时\[g\left(\dfrac 1m\right)=-\dfrac 1m<0,\]不符合题意．<br/><case>情形二</case> $m=0$．此时\[g(x)=\ln(1+x)-x<0,\]不符合题意．<br/><case>情形三</case> $-\dfrac 12<m<0$．此时设 $p=\min\left\{1,-\dfrac{2m+1}m\right\}$，则在区间 $(0,p)$ 上，函数 $g''(x)<0$，于是 $g'(x)$ 单调递减，结合 $g'(0)=0$ 可得 $g(x)$ 单调递减，进而\[g(x)<g(0)=0,\]不符合题意．<br/><case>情形四</case> $m\leqslant -\dfrac 12$．此时 $g''(x)>0$，进而 $g'(x)$ 在 $(0,1)$ 上单调递增，结合 $g'(0)=0$ 可得在 $(0,1)$ 上 $g'(x)>0$，进而 $g(x)$ 在 $(0,1)$ 上单调递增，因此\[g(x)>g(0)=0,\]符合题意．<br/>综上所述，实数 $m$ 的取值范围为 $\left(-\infty,-\dfrac 12\right]$． 备注1 问题2 求证：${\rm e}>\left(\dfrac{1001}{1000}\right)^{1000.4}$． 答案2 略 解析2 欲证不等式即\[\ln\left(1+\dfrac{1}{1000}\right)<\dfrac{5}{5002},\]考虑证明当 $x\in (0,1)$ 时，有\[\ln (1+x)<\dfrac{5}{\dfrac 5x+2},\]也即当 $x\in (0,1)$ 时，有\[\left(1+\dfrac 25x\right)\ln (1+x)<x,\]根据第 $(1)$ 小题的结果，取 $m=-\dfrac 25$，当 $x\in\left(0,\dfrac 12\right)$ 时，有 $g(x)<0$，即得上述不等式成立，因此原命题得证． 备注2 事实上，也可以不依赖于第 $(1)$ 小题，根据 $\ln x$ 的进阶放缩，有当 $x\in \left(0,\dfrac 12\right)$ 时，有\[\ln (1+x)<\dfrac 12\left(x+1-\dfrac{1}{x+1}\right)<\dfrac{5x}{5+2x},\]其中\[\dfrac 12\left(x+1-\dfrac{1}{x+1}\right)-\dfrac{5x}{5+2x}=\dfrac{x^2(2x-1)}{2(x+1)(5+2x)}.\]