Dein Denkfehler liegt darin zu glauben, dass F ( x )  die Stammfunktion von f ( x ) sei ... :-)
Das aber ist nicht der Fall, und zwar weder für
f ( x ) = 2 x e2 x + 1
(wie du es hingeschrieben hast) noch für
f ( x ) = 2 x e2 x + 1
(wie du es vermutlich gemeint hast).
 
Partielle Integration von
f ( x ) = 2 x e2 x + 1
liefert (mit u = 2 x und v ' = e2 x ):
F ( x ) = ∫ 2 x e2 x + 1 dx
= ∫ 2 x e2 x dx + x
= 2 x * ( 1 / 2 ) * e 2 x  - ∫ 2 * ( 1 / 2 ) * e2 x  dx + x
= x * e 2 x - ∫  e 2 x dx + x
= x * e 2 x - ( 1 / 2 ) * e 2 x + x
= ( x - 1 / 2 ) e 2 x + x + C
 
Partielle Integration von
f ( x ) = 2 x e2 x + 1
liefert (mit u = 2 x und v ' = e2 x + 1 ):
F ( x ) = ∫ 2 x e2 x + 1 dx
= 2 x * ( 1 / 2 ) * e 2 x + 1 - ∫ 2 * ( 1 / 2 ) * e2 x + 1 dx
= x * e 2 x + 1 - ∫  e2 x + 1 dx
= x * e 2 x + 1 - ( 1 / 2 ) * e 2 x + 1
= ( x - 1 / 2 ) e 2 x + 1 + C 
 
Weder die blaue noch die rote Stammfunktion F ( x ) stimmt mit der von dir angegebenen Stammfunktion F ( x ) überein, egal ob man nun
F ( x ) = (x-1/2)e2x-1+C
(wie du es hingeschrieben hast)
oder
F ( x ) = (x-1/2)e2x-1+C
(wie du es vermutlich gemeint hast) betrachtet.