Неужели никто никогда не решал такие задачи и нет библиотеки даже не питоне, которая все это умеет решать?
Нет и никогда не будет библиотеки, которая будет уметь всё это решать. Возможно, есть или появятся библиотеки, которые смогут решать НЕКОТОРЫЕ из таких задач. В общем виде задача сравнения двух символьных выражений, которую придётся решать при решении этой задачи, эквивалентна проблеме констант, для неразрешимости которой достаточно, чтобы в выражениях была допустима композиция степеней с рациональными показателями — то есть гораздо меньше, чем даже с добавлением синусов.