comportamento do cache de consulta do mysql em LIMIT

Na verdade não.

O cache de consulta no MySQL, como discuti detalhadamente em outra resposta , é uma otimização que faz apenas uma coisa: retorna exatamente o mesmo conjunto de resultados em resposta à mesma consulta, se o resultado anterior foi armazenado em cache e não foi removido do cache devido à invalidação (por alterações nos dados nas tabelas subjacentes) ou remoção para liberar espaço para consultas mais recentes.

O cache de consulta é verificado antes que a consulta chegue ao analisador, sempre que uma consulta começar com os caracteres "SEL" (sem distinção entre maiúsculas e minúsculas).

Se a consulta, byte por byte, não for idêntica a uma já armazenada em cache, a consulta não será atendida a partir do cache. Se alguma coisa mudar, mesmo um único espaço na consulta, essa é uma consulta diferente de acordo com o cache de consulta.

Se uma consulta com LIMIT X,You equivalente LIMIT ... OFFSET ...for armazenada em cache, apenas as linhas reais retornadas serão armazenadas no cache de consulta e somente a consulta idêntica com o mesmo limite e deslocamento buscará essas mesmas linhas do cache novamente.