设离散型随机变量 $X,Y$ 的取值分别为 $\left\{x_1,x_2,\cdots,x_p\right\},\left\{y_1,y_2,\cdots,y_q\right\}$($p,q\in\mathbb N^{\ast}$).定义 $X$ 关于事件 $Y=y_j$ $(1\leqslant j\leqslant q)$ 的条件数学期望为 \[E\left(X\mid Y=y_j\right)=\displaystyle\sum_{i=1}^p x_i P\left(X=x_i\mid Y=y_j\right),\] 已知条件数学期望满足全期望公式\[E(10)=\displaystyle\sum_{j=1}^q E\left(X\mid Y=y_j\right) P\left(Y=y_j\right),\] 解决如下问题: 为了研究某药物对于微生物 $A$ 生存状况的影响,某实验室计划进行生物实验.在第 $1$ 天上午,实验人员向培养血中加入 $10$ 个 $A$ 的个体.从第 $1$ 天开始,实验人员在每天下午向培养皿中加入该种药物.当加入药物时,$A$ 的每个个体立即以相等的概率随机产生 $1$ 次如下的生理反应(设 $A$ 的每个个体在当天的其他时刻均不发生变化,不同个体的生理反应相互独立):
① 直接死亡;
② 分裂为 $2$ 个个体.
设第 $n$ 天上午培养皿中 $A$ 的个体数量为 $X_n$.规定 $E\left(X_1\right)=10$,$D\left(X_1\right)=0$.
1、求 $P\left(X_2=4\right)$,$E\left(X_4\mid X_3=4\right)$.
2、证明:$E\left(X_n\right)=10$.
3、已知 $E\left(X_n^2\mid X_{n-1}=t\right)=t^2+t$($t\in\mathbb N^{\ast}$).求 $D\left(X_n\right)$,并结合第 $(2)$ 小题说明其实际含义. 附:对于随机变量 $X$,$D(10)=E\left(X^2\right)-E^2(10)$.
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