Eu encontrei basicamente este mesmo problema, no meu caso (talvez o seu também), que isso acaba sendo um problema de hardware com as placas gráficas compartilhadas em laptops, onde a placa de intel (economia de energia) está ligado à porta HDMI e a placa nvidia (desempenho) não é. O driver nvidia não funcionará em uma configuração de monitor duplo, já que o padrão é o cartão nvidia (performance). Eu não tenho a decisão de design por trás disso (custo talvez?).
Descobri que a solução no meu caso era alternar o modo padrão para economizar energia dentro das configurações do driver nvidia, ou para mudar para o driver nouveau (que parece ser o padrão para o modo de economia de energia). Eu poderia então usar o segundo monitor quando conectado via porta HDMI.
Tente alternar para o modo de economia de energia estritamente e veja se a configuração de monitor duplo funciona com as configurações do sistema. Se isso acontecer, então você sabe que você tem esse problema de hardware peculiar. Como os fabricantes resolvem isso sozinhos em outros sistemas operacionais, e por que isso não é corrigido nos drivers baseados em Linux está além do meu conhecimento.
Mas nem toda a esperança está perdida. Há talvez algumas outras (melhores?) Respostas aqui [ O Ubuntu 16.04 suporte a placas gráficas híbridas (bumblebee) ]. A versão atual (3.2.1) do bumblebee é bastante antiga (2013) e eu não posso recomendar pessoalmente instalá-lo simplesmente porque eu não tenho, mas parece que existem alguns usuários que não têm problemas com ele. Há promessa, no entanto, de que é revival (checkout o ramo de desenvolvimento nos githubs do Projeto Bumblebee).
Se você optar por seguir ou não a rota do zangão, deverá fazer o checkout das informações de vários monitores em seu wiki [ link ], é bastante informativo.
