`\cup` und `\cap` sind eher als Infix-Zeichen wie `+`, `\times` und `\cdot` zu verstehen und nutzen. Wenn Du etwas wie ähnliches analog zu `\sum` oder `\prod` möchtest, dann nimmst Du besser `\bigcup` und `\bigcap`. Diese Befehle funktionieren was Sub- und Superskripte angeht genauso wie `\sum`.
Im Inline-Mathemodus `\(...\)`/`$...$` sind Sub- und Superskript an der Seite, im abgesetzten Mathe-Modus `\[...\]`/`align`/`equation` darunter und darüber. Wie bei `\sum` kannst Du notfalls mit `\limits`/`\nolimits` (<https://texfaq.org/FAQ-limits>) gegensteuern, gegensteuern – meist ist das aber nicht empfehlenswert.
Da ich bei `cup` und `\cap` immer durcheinander komme, definiere ich mir für meine Dokumente immer
Dokumente
\newcommand*{\setintersect}{\cap}
\newcommand*{\setunion}{\cup}
\newcommand*{\bigsetintersect}{\bigcap}
\newcommand*{\bigsetunion}{\bigcup}
dann kann ich etwas klarere Namen nutzen. Gerade wenn man Symbole für nicht so standardisierte Dinge wie die disjunkte Vereinigung braucht, ist das ganz praktisch, da man dann das Symbol falls nötig einfacher austauschen kann.
Beachte bitte, dass man – wie bereits von Ijon Tichy in den Kommentaren angemerkt – **immer ganze Formeln im Mathemodus setzen** sollte und nicht nur die Teile, die nicht anders gehen (und Fehler hervorrufen). (Es gibt hier dann Unterschiede in der Ausgabe was Leerzeichen angeht, ebenso sind die `j`s in den Indizes jetzt, wie im Mathematiksatz für Variablen üblich, kursiv.)
\documentclass[a4paper,10pt]{scrartcl}
\usepackage[utf8]{inputenc}
\usepackage[ngerman]{babel}
\usepackage[T1]{fontenc}
\usepackage{amsmath}
\usepackage{amsfonts}
\usepackage{amssymb}
\newcommand*{\setintersect}{\cap}
\newcommand*{\setunion}{\cup}
\newcommand*{\bigsetintersect}{\bigcap}
\newcommand*{\bigsetunion}{\bigcup}
\begin{document}
\begin{enumerate}
\item $\forall (O_{j})_{j \in J} \subseteq \tau : \bigcup_{j\in J} O_{j} \in \tau$
\item $\forall O_{1}, O_{2} \in \tau: O_{1} \cap O_{2} \in \tau$
\item $\varnothing ,X \in \tau$
\end{enumerate}
\[
\forall (O_{j})_{j \in J} \subseteq \tau : \bigcup_{j\in J} O_{j} \in \tau
\]
% mit semantischen Befehlen
\begin{enumerate}
\item $\forall (O_{j})_{j \in J} \subseteq \tau : \bigsetunion_{j\in J} O_{j} \in \tau$
\item $\forall O_{1}, O_{2} \in \tau: O_{1} \setintersect O_{2} \in \tau$
\item $\varnothing ,X \in \tau$
\end{enumerate}
\[
\forall (O_{j})_{j \in J} \subseteq \tau : \bigsetunion_{j\in J} O_{j} \in \tau
\]
\end{document}
[![Screenshot der PDF-Ausgabe][1]][1]
[1]: https://texwelt.de/upfiles/fanstahsgs.png