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  利用导数研究函数的单调性

略

函数 $f(x)$ 的导函数\[f'(x)=\cos x+\dfrac{1}{\cos^2x}-2,\]而在 $\left(-\dfrac{\pi}2,\dfrac{\pi}2\right)$ 上，有\[0<\cos x\leqslant 1,\]于是\[\cos x+\dfrac{1}{\cos^2x}-2\geqslant\cos x+\dfrac{1}{\cos x}-2\geqslant 0,\]于是函数 $f(x)$ 在 $\left(-\dfrac{\pi}2,\dfrac{\pi}2\right)$ 上单调递增．

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$\left(-\infty,0\right]$

对函数\[\varphi(x)=\sin x+\tan x-2x-mx^2\]进行端点分析．\[\begin{array} {c|cc}\hline
x&0&\dfrac{\pi}2\\ \hline
\varphi(x)=\sin x+\tan x-2x-mx^2& 0&+\infty\\ \hline
\varphi'(x)=\cos x+\dfrac{1}{\cos^2x}-2-2mx& 0&\\ \hline
\varphi''(x)=-\sin x+\dfrac{2\sin x}{\cos^3x}-2m& -2m&\\ \hline\end{array}\]可得讨论分界点为 $m=0$．
情形一 $m\leqslant 0$．此时根据第 $(1)$ 小题的结果，$f(x)$ 在 $\left[0,\dfrac{\pi}2\right)$ 上单调递增，于是\[f(x)>f(0)=0>mx^2,\]符合题意．
情形二 $m>0$．当 $0<x<\dfrac{\pi}3$ 时，有\[\begin{split} \varphi
''(x)&=-\sin x+\dfrac{2\sin x}{\cos^3x}-2m\\
&<-\sin x +\dfrac{2\sin x}{\cos^3\dfrac{\pi}3}-2m\\
&=15\sin x-2m\\
&<15x-2m,\end{split}\]于是在区间 $D=\left(0,\min\left\{\dfrac{2m}{15},\dfrac{\pi}3\right\}\right)$ 上，有\[\varphi''(x)<0,\]进而在区间 $D$ 上，$\varphi'(x)$ 单调递减，结合 $\varphi'(x)=0$ 可得在区间 $D$ 上，$\varphi(x)$ 单调递减，因此在区间 $D$ 上，有\[\varphi(x)<\varphi(0)=0,\]不符合题意．
综上所述，实数 $m$ 的取值范围是 $\left(-\infty,0\right]$．