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MySQL bildet zunächst den gesamten Ergebnissatz, sortiert ihn ggf. und reduziert ihn dann entsprechend der LIMIT-Paramter. Sonst wäre LIMIT ja völlig nutzlos und würde zufällige Ergebnisse bringen.
EDIT: Möglicherweise arbeitet LIMIT durch die Query-Optimierung anders, wenn keine Sortierung angegeben ist.